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黑洞的巨大曲率：连光都无法逃脱

一位艺术家描绘下黑洞将光拖拽至它的吸积盘的场景（图源：美国国家航天局/欧洲宇航局-加州理工学院）

数十年来，科学家一直怀疑从超大质量黑洞的逃逸的光束根本不存在，但是现在他们观测到了这个现象的发生。

这是基于科学家们对一个黑洞吞噬一颗内太阳恒星的观测的新的分析。研究者集中于对 黑洞吸积盘——逃逸光发亮的地方——的研究。

具体地说，科学家将其分为两种，一种是直接从圆盘发出的光，另一种是没有逃离出圆盘的光在被反射到太空之前被拉回了黑洞。

这项研究的主要作者是加州理工学院的物理学家赖利·康纳斯，他在一份声明中说道：“我们观察到，光线从离黑洞很近的地方发出并试图逃逸，但是却像回旋镖一样被黑洞拉了回来。这是上世纪70年代的预测，但直到现在都还没被证明。”

该团队依靠美国宇航局的罗西x射线定时探测器收集的观测数据观测了黑洞和中子星。宇宙飞船于1995年发射并在2012年进行了最后一次数据采集。

具体来说，科学家们使用了一系列黑洞及其类太阳恒星爆发期间的观测数据，这两个双星系统的正式名称是XTE J1550-564，它们在1998年至2000年间经历了一系列爆发。这些数据表明，当时观测到的一些x射线并没有直接逃离黑洞，而是通过吸积盘反射躲过了黑洞。这些观测可以帮助科学家更好地了解黑洞在做什么，这是天文学中一个持续的谜。“由于黑洞可能会快速旋转，它们不仅会弯曲光线，还会扭曲光线。”康纳斯说。这些观测是试图找出黑洞旋转速度之谜中的另一个谜团。

关于黑洞研究的历史，这项新的研究工作也是令人满意的。科学家在声明中说，这种效应在40多年前就被预测了，而且它还为阿尔伯特·爱因斯坦的广义相对论提供了额外的支持。

加州理工学院的物理学家，这项新研究的共同著作者哈维尔·加西亚（Javier Garcia）在同一份声明中说“吸积盘实际上是在照亮自己”。“理论学家已经预测了多少光可以折回到吸积盘上，现在，我们第一次确认了这些预测。”

该项研究张贴到预印论文网站arXiv上的一篇论文中进行了描述，并被《天体物理学杂志》发表。

相关知识

黑洞是时空中的一个区域，它具有极强的万有引力，强到任何东西——任何粒子、甚至是像光这样的电磁辐射——都无法逸出。广义相对论预言，质量足够大的物体可以使时空弯曲，从而形成黑洞。无法逃脱的区域的边界被称为事件视界。虽然事件视界对穿过它的物体的命运和状况有巨大的影响，但它没有局部可探测的特征。在许多方面，由于黑洞不反射光，所以它就像是一个理想的黑体。此外，弯曲时空中的量子场论预测，视界会发出霍金辐射，其频谱与温度与质量成反比的黑体相同。对于具有恒星质量的黑洞来说，这个温度大约是十亿分之一开尔文，基本上不可能观测到。

18世纪，约翰·米歇尔和皮埃尔·西蒙·拉普拉斯首次考虑了那些引力场太强以至于光线无法逃逸的物体。1916年，卡尔·施瓦茨希尔德发现了能够描述黑洞特征的第一个广义相对论的现代解释：它将黑洞定义为一个没有任何东西可以逃脱的空间区域。戴维·芬克尔斯坦在1958年首次发表这一解释。黑洞长期以来被认为是数学上的奇葩。在20世纪60年代，理论工作证明它们是广义相对论的一个普遍预测。乔斯林·贝尔·伯奈尔在1967年发现了中子星，这引发了人们对引力坍缩的致密天体作为可能的天体物理现实的兴趣。

作者：Meghan Bartels

FY：Astronomical volunteer team

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