計(jì)算機(jī)模擬生成的M87星系中央?yún)^(qū)域黑洞極端引力場(chǎng)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(duì)論噴流

　　描述本次黑洞半徑測(cè)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(cè)量半徑達(dá)到事件視界的5.5倍

 　　據(jù)國(guó)外媒體報(bào)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(chǎng),，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(chǎng)，影響范圍可波及整個(gè)宿主星系,。日前,，由麻省理工學(xué)院海斯塔克天文臺(tái)(Haystack)研究人員領(lǐng)導(dǎo)的國(guó)際科學(xué)家小組首次測(cè)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(jì)算機(jī)模擬出的室女座M87星系中央黑洞極端引力場(chǎng)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(gè)環(huán)形，這也是我們通常所說的黑洞“影子”,?？茖W(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(gè)“事件視界望遠(yuǎn)鏡”(EHT),，其觀測(cè)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(gè)距離銀河系5000萬光年的橢圓星系，其中央存在一個(gè)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(cè)到黑洞邊緣附近發(fā)出的光線,，這個(gè)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(tái)助理主任,、史密森天體物理中心天文臺(tái)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(gè)宇宙的出口,，但只要走進(jìn)這扇門就回不來了,。”本項(xiàng)研究結(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(duì)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(gè)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(dòng),，隨著時(shí)間的推移,，吸積盤的角動(dòng)量將會(huì)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(duì)論噴流,，落入黑洞的物質(zhì)螺旋盤面磁場(chǎng)受到自轉(zhuǎn)方向的扭曲，沿著兩個(gè)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(chǎng),，可加快吸積盤上形成高速噴流。從黑洞吸積盤面上向兩個(gè)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(duì)論噴流的軌跡或可以幫助科學(xué)家了解在黑洞引力場(chǎng)主導(dǎo)區(qū)域內(nèi)的動(dòng)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(duì)論。

　　愛因斯坦的理論在非極端引力場(chǎng)的條件下符合觀測(cè)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(shí)廣義相對(duì)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(duì)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(duì)M87星系中央大質(zhì)量黑洞相對(duì)論噴流大小的詳細(xì)測(cè)量以評(píng)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(hào)到觀測(cè)所需的精度,。

　　通過這項(xiàng)技術(shù),，夏普·多爾曼和他的研究小組測(cè)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(duì)論噴流理論,。該研究團(tuán)隊(duì)的科學(xué)家計(jì)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,。