黑洞背後的光首次被探測到 證實愛因斯坦相對論正確

2021年08月02日09:34

  8月2日消息,天文學家首次探測到黑洞背後的光,再次證實愛因斯坦的廣義相對論是正確的。

  研究人員在研究一個距離我們8億光年外的茲威基1號螺旋星系中心的超大質量黑洞發出的X射線時,觀察到一個意想不到的現象。除了預期的來自黑洞前側的X射線之外,科學家們還觀測到許多來源不明的“發光回波”。

  更奇怪的是,這個來源不明的光爆發規模更小,到達時間也更晚,顏色也和來自黑洞前側的耀斑顏色不同。

  研究人員很快意識到,這些回波可能來自超大質量黑洞的背面。這恰好印證了愛因斯坦的廣義相對論,即黑洞會扭曲時空,從而使得光能夠在黑洞周圍傳播。

  任何進入黑洞的光都逃不出來,所以我們本看不到黑洞背後的任何東西。但我們能看到那些光,是因為那個黑洞正在扭曲自身周圍的空間、光線和磁場。

  愛因斯坦的廣義相對論描述了大質量物體扭曲宇宙結構——時空——的現象。愛因斯坦發現,引力並非來自一股看不見的力量,而單純是我們對物質和能量引起的時空扭曲的一種體驗。

  反過來,這個彎曲的空間為能量和物質的運動設定了規則。雖然我們都知道光線沿直線傳播,但是穿越高度扭曲的時空(如黑洞周圍的空間)的光線卻會沿曲線傳播。所以,在這個例子中,我們看到了從黑洞背面繞到黑洞前面的光。

  這也並非是天文學家們首次發現黑洞會扭曲光線,他們把這個現象稱為“引力透鏡”。但是,這的確是天文學家們首次探測到來自黑洞背後的光回波。

  愛因斯坦在1915年提出廣義相對論。天文學家們起初沒有打算證實這個一百多年前的理論。事實上,他們只是希望使用歐洲航天局X射線天文衛星XMM-牛頓衛星和NASA的NuSTAR太空望遠鏡來觀測黑洞的事件視界外圍超熱粒子雲層發出的光。黑洞的事件視界是一個邊界,一旦進入這個邊界,一切東西都有去無回。

  這層超熱粒子雲層——“黑洞光環”——圍繞在黑洞的四周,任何物質落入其中都會加熱這層光環。研究人員稱,光環的溫度可以達到數百萬度,高溫使電子從原子中剝離,進而將粒子雲變成磁化的等離子體。黑洞的自旋導致光環等離子體的組合磁場在黑洞上方形成很高的弧線並最終斷裂。斷裂時,大量X射線從光環中釋放出來。

  這個磁場被束縛在一起,然後突然靠近黑洞,加熱周圍的一切,並產生這些高能電子,然後這些電子繼續產生X射線。

  既然研究人員已經觀察到這一現象,他們下一步將更詳細地研究光線如何在黑洞周圍彎曲,並研究黑洞光環產生如此明亮的X射線耀斑的方式。(勻琳)

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