據(jù)美國有線電視新聞網(wǎng)（CNN）報道，英國《皇家天文學(xué)會月刊》5月16日發(fā)布的一項研究顯示，天文學(xué)家首次觀測到黑洞邊緣的“暴跌區(qū)”（plunging region）。愛因斯坦廣義相對論曾預(yù)言這個區(qū)域，在這里，物質(zhì)不再圍繞黑洞旋轉(zhuǎn)，而是直接落入其中。

報道稱，借助美國國家航空航天局（NASA）的核光譜望遠(yuǎn)鏡陣列（NuSTAR）和中子星內(nèi)部組成探測器（NICER），天文學(xué)家對距離地球約10000光年的黑洞X射線雙星MAXI J1820+070進(jìn)行了觀測。該系統(tǒng)由一個約7到8倍太陽質(zhì)量的黑洞和一個比太陽小的恒星組成。

英國《新科學(xué)家》周刊稱，無論任何物質(zhì)，過于靠近黑洞時都會被撕裂，并在黑洞周圍形成被稱為吸積盤的軌道環(huán)。廣義相對論預(yù)測，吸積盤應(yīng)該存在一個內(nèi)部邊界，一旦越過這個邊界，物質(zhì)將不再圍繞黑洞旋轉(zhuǎn)，而是直接墜入其中，并在下落的過程中迅速加速至接近光速。

黑洞從伴星吸取物質(zhì)的概念圖像圖源：NASA

利用NASA望遠(yuǎn)鏡提供的數(shù)據(jù)，英國牛津大學(xué)研究員安德魯·馬默里（Andrew Mummery）和他的同事建立了黑洞吸積盤的光模型。他們發(fā)現(xiàn)，除了吸積盤發(fā)出的光之外，只有同時還包含“暴跌區(qū)”物質(zhì)發(fā)出的光時，這個模型才符合觀測數(shù)據(jù)。

馬默里表示，愛因斯坦的理論預(yù)言了“暴跌區(qū)”，但這是科學(xué)家們首次觀測它的存在，這項發(fā)現(xiàn)可以幫助天文學(xué)家更好地研究黑洞的形成和演化，“我們一直忽視了這個區(qū)域，因為我們沒有數(shù)據(jù)。但現(xiàn)在我們知道了，我們無法以其他任何方法解釋它的存在?！?/p>

他將“暴跌區(qū)”比作黑洞邊緣的“宇宙瀑布”：“這就像是一條河流變成了瀑布，在這之前，我們只看到了河流。如果愛因斯坦是錯的，那么河流就會一直穩(wěn)定下去。但現(xiàn)在，我們第一次看到了瀑布，這表明愛因斯坦是正確的?！?/p>

《新科學(xué)家》周刊指出，這項研究還可以解決X射線天文學(xué)中長期存在的一個問題，即黑洞自旋速度似乎要快于理論預(yù)測。黑洞的自旋與其周圍區(qū)域的亮度是相關(guān)的，增加一些“額外的光”可以使自旋速度與預(yù)測一致。

沒有參與研究的美國洛斯·阿拉莫斯國家實驗室天文學(xué)家格雷格·薩爾維森（Greg Salvesen）評論稱：“以前我們認(rèn)為，任何越過邊界的物質(zhì)在墜入黑洞之前，都沒有時間發(fā)出明顯的輻射，所以研究人員什么都看不到。但事實證明，這個暴跌區(qū)會給我們帶來意想不到的額外的光?！?/p>

美國馬里蘭大學(xué)帕克分校天文學(xué)教授克里斯托弗·雷諾茲（Christopher Reynolds）表示，找到“暴跌區(qū)”的實際證據(jù)是關(guān)鍵的一步，這將允許科學(xué)家改進(jìn)對黑洞周圍物質(zhì)活動的模型，“例如，這可以用于測量黑洞的旋轉(zhuǎn)速度?！?/p>

《新科學(xué)家》周刊評論稱，“暴跌區(qū)”是人們可以觀測到的宇宙空間中“最極端的區(qū)域之一”，因為“暴跌區(qū)”剛好位于黑洞的事件視界之外，這其中包含了對引力和時空本質(zhì)問題的研究。

馬默里表示，從理論上講，如果物質(zhì)搭乘一枚火箭，它有可能逃離“暴跌區(qū)”，“但它注定是要毀滅的，因為它的軌道已變得極不穩(wěn)定，且迅速加速至接近光速。這些物質(zhì)逃離的幾率就和瀑布邊緣的水倒流一樣。”

英國牛津大學(xué)稱，為更好地研究距離地球較近的小型黑洞，歐洲和非洲的科研機(jī)構(gòu)正推動在納米比亞建造非洲毫米波射電望遠(yuǎn)鏡。馬默里預(yù)計，這座新的天文臺將在十年內(nèi)投入使用，并將加入事件視界望遠(yuǎn)鏡合作組織。