爱因斯坦预言再次正确,科学家首次证实黑洞周围存在坠落区

IT之家 5 月 28 日音讯,牛津大学科学家领导的国际团队证明了爱因斯坦广义相对论中一个关于黑洞的要害预测,初次证明黑洞周围存在着一个“掉落区(plunging region)”,即物质不再像螺旋相同环绕黑洞旋转而是直接坠入黑洞的区域。

此外,他们还发现该区域展示出了银河系现在已知最强引力,相关论文发表于最新一期《皇家天文学会月报》(IT之家附 DOI:10.1093/mnras/stae1160)。

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英国牛津大学物理系科学家展开了一项题为“黑洞盘的下沉区域内接连辐射”的研讨,运用一系列 X 射线数据研讨了离地球相对较近的小黑洞,包括美国宇航局的核光谱望远镜阵列 (NuSTAR) 和国际空间站安装的中子星内部组成探测器 (NICER)。

值得一提的是,作为一项耗资数百万欧元的欧洲方案的一部分,本年晚些时候还将会有另一个牛津大学团队方案制造一部关于黑洞的电影,其间涉及到的黑洞要比上述黑洞更大、更远。

爱因斯坦的广义相对论提出,有质量的物体会导致空间和时间的结构发生歪曲。简略来说,“时空”是由空间和时间统一形成的四维实体,而引力则是由这种歪曲所发生的“果”。

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▲钱德拉太空望远镜观测到的黑洞双星 MAXI J1820+070 的 X 射线耀斑

虽然广义相对论属于四维时空下的理论,但咱们能够经过一个大略的二维类比来协助大家进行理解。想象一下,在一块拉伸的橡胶布上放置一个球,而这块布会由于球体质量的添加而发生一个凹陷区域,这类似于月球、行星和恒星“凹陷”四维时空。物体质量越大,它们引起的时空曲率就越大,引力影响也就越强,而黑洞便是现在世界中已知质量最大的天体。

回到广义相对论,爱因斯坦以为这种时空弯曲会导致一些风趣的物理现象,例如由于角动量的存在,物质是不会直接落入黑洞的,而是环绕黑洞进行旋转,所以黑洞周围会存在一个扁平的旋转云,咱们一般称之为吸积盘。从吸积盘区域开始,物质会不可避免地被逐步吸入黑洞。

依据爱因斯坦的预测,黑洞边界之外必定存在一点,粒子在此处无法再维持安稳的圆形轨迹。相反,进入该区域的物质将以接近光速的速度向黑洞掉落。

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该项研讨的首要负责人、物理系博士安德鲁・穆默里(Andrew Mummery)说道:“这是咱们第一次观察到等离子体如何从恒星外缘剥离,终究坠入黑洞中心,这一进程发生在间隔咱们大约 10,000 光年外。而最令人兴奋的是,银河系中有很多黑洞,咱们现在具有了一种新技术,能够运用它们来研讨已知最强的引力场。”

穆默里博士补充道:“爱因斯坦预言了这种‘最终的坍塌’,但咱们是首个证明这一理论的人。想象一下一条河流变成瀑布 —— 迄今为止,咱们一向在观察这条河流,而这是咱们第一次看到瀑布。咱们相信这是黑洞研讨史上一项令人兴奋的发展,能够让咱们探索黑洞周围的终究区域。而只有理解了这种‘最终的坍塌’,咱们才能充分掌握其间的引力。”

实际上,天体物理学家长期以来一向在研讨环绕黑洞运行的“吸积盘”,以了解此类天体近外表的状况,而关于这个“掉落区”是否能够被探测到则一向存在争议。牛津大学团队花了数年时间开发模型,终究运用 X 射线望远镜和国际空间站的数据进行了证明。

研讨团队研讨的这个黑洞(MAXI J1820+070)间隔地球约 10000 光年,质量约为 8 个太阳,现在正从源源不断地从其伴星汲取物质,一起以接近 80% 光速的速度射出两个喷流,这一进程中一起还会宣布强烈的 X 射线。

研讨小组发现,处于“软状态”爆发期的 MAXI J1820+070 的 X 射线光谱代表了环绕旋转黑洞(克尔黑洞)的吸积盘宣布的辐射,这意味着咱们观察到了一个完好的吸积盘,其间也包括“掉落区”。

研讨人员表示,这一发现是初次在黑洞吸积盘内缘邻近明显探测到来自“掉落区”的辐射,他们将这种信号称为“ISCO 内辐射”。这些“ISCO 内辐射” 验证了广义相对论在描述黑洞周围区域的准确性。

这项研讨虽然仅仅聚焦于靠近地球的小黑洞,但牛津大学物理系的另一个研讨团队正参与到非洲毫米波射电望远镜的方案中。该望远镜将极大地提升咱们直接获取黑洞图像的能力。现在该项目现已获得超越 1000 万欧元(IT之家备注:当时约 7870 万元人民币)的资金,其间一部分将资助纳米比亚大学第一批天体物理学博士生,他们将与牛津大学物理系团队协作以进行进一步研讨。

科学家以为,非洲毫米波射电望远镜将初次实现观测并拍摄到位于咱们银河系中心以及更远当地的大黑洞。和小型黑洞相同,大型黑洞也会具有“事件视界”。这些黑洞代表着难以想象的能量源,研讨团队希望能初次实现观测并拍摄到它们旋转的景象。

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