黑洞背后的知识 (黑洞边缘的光)

近日,天文学家首次发现了来自黑洞背后的光线,再一次证实了爱因斯坦的广义相对论。当时,他们正在研究8亿光年之外的IZwicky1星系中的超大质黑洞的X射线耀发,除了预期中从黑洞前方发射出的明亮X射线之外,他们还观察到了一些不明来源的“光回波”。

与黑洞前方的X射线耀发相比,这些错位的闪光比较暗,时间更晚,且波长也不同。经过研究之后,天文学家很快意识到这种光线是从那个超大质量黑洞背后传播过来的。这恰好印证了爱因斯胆的广义相对论,即黑洞会扭曲时空,使光线能绕着黑洞传播。

斯坦福大学科维理粒子天体物理学和宇宙学研究所的科学家丹.威尔金斯说;“黑洞引力非常大,任何进入黑洞的光线都出不来,所以我们应该无法看到黑洞后面的任何东西。这次之所以能看到这些光线,是因为黑洞扭曲了时空,让它附近的光线和磁场扭曲。”

爱因斯坦的广义相对论描述了大质量物体扭曲时空的原理。爱因斯坦认为,引力本质上是时空的弯曲。任何有质量的物体都会扭曲周围的时空,反过来,弯曲的时空又会影响其中物质和能量的运动规律。本来沿着直线传播的光线穿过高度弯曲的时空,例如黑洞附近时,就会改沿曲线传播,在这次的例子中就是黑洞背后绕到前面。天文学家在之前就发现过黑洞扭曲光线的现象,例如引力透镜,但这是第一次看到来自黑洞后方的光。

当然,天文学家的目地不是证实爱因斯坦的早在1915年就已提出的广义相对论,他们使用欧洲空间局的XMM牛顿卫星和美国航空航天局的核光谱望远镜阵列观测遥远的lZwicky1星系,只是为了观测处于黑洞事件视界(一旦进入就再也无法逃避的边界)之外的超热粒子云所发出的光。

环绕着黑洞运转的超热粒子云,或称冕,在落入黑洞的过程中会被加热,其最高温度可达数百万℃。在这么高的温度下,原子中的电子都会被剥离,粒子云会成为磁化等离子体。黑洞的自转会导致这些等离子体的磁场变成弧形,然后越来越弯,最后断裂,导致冕释放出X射线。

霍尔金斯说:“这个被黑洞引力束缚住的磁场在断裂时会加热周围的一切,产生高能电子和X射线。”科学家原本的目标是研究黑洞周围的超热粒子云产生强烈X射线的过程,不过既然发现了来自黑洞背后的光线,他们下一步还会仔细研究光线是如何在黑洞周围弯曲的。

黑洞的背后图片,黑洞边缘的光

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