計算機(jī)模擬生成的M87星系中央?yún)^(qū)域黑洞極端引力場扭曲周圍物質(zhì)的效果圖

典型的超大質(zhì)量黑洞吸積盤(橙色區(qū)域)模型以及兩端釋放的相對論噴流

　　描述本次黑洞半徑測量區(qū)域與事件視界之間的位置關(guān)系圖，吸積盤最內(nèi)側(cè)的測量半徑達(dá)到事件視界的5.5倍

 　　據(jù)國外媒體報道，黑洞作為宇宙中最神秘的天體之一在于其擁有強(qiáng)大的引力場，哪怕是光也無法逃脫。在大多數(shù)星系的核心區(qū)域都存在質(zhì)量達(dá)太陽數(shù)十億倍黑洞，超大質(zhì)量黑洞具有強(qiáng)大的引力場，影響范圍可波及整個宿主星系。日前，由麻省理工學(xué)院海斯塔克天文臺(Haystack)研究人員領(lǐng)導(dǎo)的國際科學(xué)家小組首次測量了遙遠(yuǎn)星系中央?yún)^(qū)域黑洞的半徑，在物質(zhì)徹底落入黑洞之前可以抵達(dá)的最遠(yuǎn)事件視界邊緣。

　　圖1中顯示了由計算機(jī)模擬出的室女座M87星系中央黑洞極端引力場扭曲位于事件視界附近噴流的情形，其中部分輻射被引力嚴(yán)重彎曲成一個環(huán)形，這也是我們通常所說的黑洞“影子”。科學(xué)家們將位于夏威夷、亞利桑那州和加利福尼亞州的射電望遠(yuǎn)鏡陣列聯(lián)合，形成一個“事件視界望遠(yuǎn)鏡”(EHT)，其觀測能力是哈勃空間望遠(yuǎn)鏡的2000倍。天線指向M87星系方向，這是一個距離銀河系5000萬光年的橢圓星系，其中央存在一個超大質(zhì)量黑洞，質(zhì)量達(dá)到太陽質(zhì)量的60億倍，科學(xué)家通過“事件視界望遠(yuǎn)鏡”可觀測到黑洞邊緣附近發(fā)出的光線，這個可視的區(qū)域就被稱為事件視界。

　　根據(jù)麻省理工學(xué)院海斯塔克天文臺助理主任、史密森天體物理中心天文臺助理研究員夏普·多爾曼(Shep Doeleman)介紹：“一旦物體墜入事件視界之內(nèi)，它們就永遠(yuǎn)消失，這就如同一個宇宙的出口，但只要走進(jìn)這扇門就回不來了?！北卷椦芯拷Y(jié)果刊登在本周的《科學(xué)》期刊上。黑洞是愛因斯坦廣義相對論預(yù)言的極端天體，這里的引力將是無法想象的，可將巨大質(zhì)量的天體(如恒星)物質(zhì)吸入至一個奇點(diǎn)上。而在黑洞的邊緣，強(qiáng)大的引力使得一定范圍之內(nèi)的天體都圍繞著黑洞旋轉(zhuǎn)。

　　被黑洞引力控制住的天體并非立刻落入奇點(diǎn)，而是在黑洞周圍形成盤狀物質(zhì)螺旋，這就是由氣體和塵埃等彌散物質(zhì)構(gòu)成的吸積盤，其上的物質(zhì)以接近光速的速度運(yùn)動，隨著時間的推移，吸積盤的角動量將會使得黑洞的自轉(zhuǎn)方向與物質(zhì)流的方向一致。圖2中顯示了典型的存在于大多數(shù)星系中央?yún)^(qū)域的超大質(zhì)量黑洞吸積盤(橙色區(qū)域)模型，在吸積盤兩端都出現(xiàn)了相對論噴流，落入黑洞的物質(zhì)螺旋盤面磁場受到自轉(zhuǎn)方向的扭曲，沿著兩個方向釋放出強(qiáng)大的噴流。

　　噴流外圍可看到呈現(xiàn)螺旋狀的磁場，可加快吸積盤上形成高速噴流。從黑洞吸積盤面上向兩個方向釋放的噴流攜帶呈現(xiàn)電中性的粒子束，可影響數(shù)十萬光年的星系區(qū)域，其中就包括有些恒星快速形成之謎。然而，愛因斯坦是正確的嗎?相對論噴流的軌跡或可以幫助科學(xué)家了解在黑洞引力場主導(dǎo)區(qū)域內(nèi)的動力學(xué)特性，夏普·多爾曼認(rèn)為如此極端的引力環(huán)境完美證明了愛因斯坦的廣義相對論。

　　愛因斯坦的理論在非極端引力場的條件下符合觀測結(jié)果，比如地球或者太陽系中，但科學(xué)家們還沒最終核實廣義相對論在黑洞邊緣的自洽性，這里是宇宙中唯一可能打破該定律的地方。廣義相對論推出黑洞的質(zhì)量和自轉(zhuǎn)決定了物質(zhì)在落入事件視界之前的軌道，天文學(xué)家對M87星系中央大質(zhì)量黑洞相對論噴流大小的詳細(xì)測量以評估黑洞的自轉(zhuǎn)。但目前為止，還沒有望遠(yuǎn)鏡可以放大該黑洞的信號到觀測所需的精度。

　　通過這項技術(shù)，夏普·多爾曼和他的研究小組測量了吸積盤最內(nèi)側(cè)的軌道，只有黑洞事件視界半徑的5.5倍。根據(jù)物理學(xué)定律，吸積盤最內(nèi)側(cè)軌道半徑大小表面吸積盤的旋轉(zhuǎn)方向與黑洞的自轉(zhuǎn)方向相同，這也是首次確認(rèn)星系中央超大質(zhì)量黑洞吸積盤兩端釋放的相對論噴流理論。該研究團(tuán)隊的科學(xué)家計劃擴(kuò)大“事件視界”望遠(yuǎn)鏡陣列，增加位于智利、歐洲、墨西哥、格陵蘭和南極的射電望遠(yuǎn)鏡陣列，以便將來獲得更多關(guān)于黑洞的詳細(xì)照片。