黑洞的大曲率:即使光也无法逃脱

一位艺术家描绘了一个黑洞将光拖向吸积盘(来源:美国宇航局/欧洲航天局-加州理工学院)

几十年来，科学家们一直怀疑从超大质量黑洞逃逸的光束根本不存在，但现在他们已经观察到了这一现象。

这是基于科学家对一个吞噬太阳系内部恒星的黑洞的观察的新分析。研究人员把重点放在黑洞吸积盘上，逃逸光在那里发光。

具体来说，科学家将其分为两种类型，一种是直接从圆盘发出的光，另一种是没有从圆盘中逸出的光在被反射到太空之前被拉回黑洞。

这项研究的主要作者是加州理工学院的物理学家莱利·康纳斯，他在一份声明中说:“我们观察到光从一个非常靠近黑洞的地方发出，并试图逃离，但像回飞镖一样被黑洞拉回。这是20世纪70年代做出的预测，但迄今尚未得到证实。”

该小组依靠美国宇航局罗西X射线计时探测器收集的数据来观察黑洞和中子星。宇宙飞船于1995年发射，最后一次数据收集是在2012年。

具体来说，科学家在黑洞和类日恒星爆发期间使用了一系列观测数据。这两个二进制系统的正式名称是XTE J1550-564。他们在1998年至2000年间经历了一系列火山爆发。这些数据表明，当时观察到的一些x光并没有直接从黑洞中逃逸出来，而是通过吸积盘的反射从黑洞中逃逸出来的。这些观察可以帮助科学家更好地理解黑洞在做什么，这是天文学中一个持续的谜。"因为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。这些最近的观察试图在黑洞旋转速度之谜中找到另一个谜。

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，这种效应是在40多年前预测的，它也为阿尔伯特·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、这项新研究的共同作者哈维·加西亚在同一份声明中说，“吸积盘实际上正在发光”。“理论家们已经预测了有多少光可以折回吸积盘。现在，我们第一次证实了这些预测。”

这项研究在一篇发表在预印论文网站arXiv上的论文中有所描述，并发表在《天体物理学》杂志上。

相关知识

黑洞是一个时间空的区域，它有很强的引力，如此之强以至于任何粒子，甚至电磁辐射，比如光，都无法逃脱。广义相对论预言，质量足够大的物体可以弯曲时间空形成黑洞。不可避免区域的边界被称为事件视界。尽管事件视界对穿过它的物体的命运和状况有很大的影响，但它没有局部可检测的特征。在许多方面，黑洞就像一个理想的黑体，因为它不反射光。此外，弯曲空的量子场论预言霍金辐射将从地平线发射，其光谱与黑体的光谱相同，黑体的温度与质量成反比。对于有恒星质量的黑洞，温度大约是1/1开尔文，这几乎是不可能观察到的。

在18世纪，约翰·米歇尔和皮埃尔·西蒙·拉普拉斯第一次考虑了引力场太强而光线无法逃逸的物体。1916年，卡尔·施瓦尔茨希德发现了第一个可以描述黑洞特征的广义相对论的现代解释:它将黑洞定义为没有任何东西可以逃脱的空的区域。大卫·芬克尔斯坦于1958年首次发表了这一解释。黑洞长期以来被认为是数学中的奇葩。20世纪60年代，理论工作证明它们是广义相对论的普遍预测。乔斯林·贝尔·博内尔在1967年发现了中子星，这引起了人们对致密天体的崩溃作为可能的天体物理学现实的兴趣。

作者:Meghan Bartels

风云:天文志愿者团队

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