科學(xué)家在一個超大黑洞中，發(fā)現(xiàn)了明亮的X射線，這是他們第一次看到黑洞背后的光,再次驗證了愛因斯坦的相對論。
斯坦福大學(xué)、賓夕法尼亞州立大學(xué)和荷蘭空間研究所的研究人員，在2021年7月28日發(fā)表了一篇論文，在科學(xué)雜志《自然》上，其中描述了一個距離地球8億光年的，超大黑洞的觀測結(jié)果。
他們在這個超大質(zhì)量黑洞中，發(fā)現(xiàn)了一系列明亮的X射線，緊接著又發(fā)現(xiàn)了一小部分亮度較弱，且頻率有變化的X射線。
即使看不見黑洞，也有可能看到從黑洞后面發(fā)出來的光。這是科學(xué)家第一次探測到來自黑洞后面的光。
什么是黑洞？
黑洞是宇宙中的一種天體。
人們沒有辦法直接觀測到它，但是可以用一些間接的辦法去得知他的存在，并且有關(guān)他的質(zhì)量跟他對其他事物的影響都是可以被觀測出來的。
黑洞被發(fā)現(xiàn)，通常是因為它們聚集周圍的氣體產(chǎn)生輻射而被發(fā)現(xiàn)的。
這個過程被稱為吸積，吸積是天體物理學(xué)中最常見的過程之一，我們周圍許多常見的結(jié)構(gòu)，也正是由于吸積才形成的。
在宇宙早期，當(dāng)氣體流向由暗物質(zhì)引起的引力勢阱中心時，星系就形成了。
當(dāng)中央天體是一個黑洞時，除了對物質(zhì)的吸積外，還通過霍金蒸發(fā)過程向外輻射粒子。吸積向外表現(xiàn)出他最為壯觀的一面。
結(jié)合廣義相對論和量子理論，霍金發(fā)現(xiàn)黑洞周圍的引力場會釋放能量并消耗黑洞的能量和質(zhì)量。
所以他說，黑洞會發(fā)出刺眼的光，體積會縮小，甚至爆炸，噴出物體，發(fā)出刺眼的光。
如果您知道什么是黑洞，您可能就知道它可以，包含與數(shù)十億顆恒星一樣多的質(zhì)量，他被壓縮到一個更小的空間中，并有非常強的引力，甚至連光都無法逃脫。
黑洞是非常狡猾的宇宙獸，所以人們觀察和研究它是很有挑戰(zhàn)性的。
發(fā)現(xiàn)明亮X射線
研究人員通過歐洲航天局的X射線多鏡任務(wù)XMM-牛頓望遠(yuǎn)鏡和美國宇航局的NuSTAR太空望遠(yuǎn)鏡，觀察了一個距地球8億光年外一個名叫“Zwicky1”的黑洞。
這是一個非常活躍的超大質(zhì)量黑洞，其直徑有1860萬英里，并且他的中心正在吞噬大量物質(zhì)。
研究人員發(fā)現(xiàn)，當(dāng)氣體被吸入超大質(zhì)量黑洞時，它會加熱到幾百萬度。這種極端加熱會使電子和原子分離，從而還會產(chǎn)生磁性等離子體。
同時黑洞強大的引力又會使該磁場在黑洞上方形成弧形并旋轉(zhuǎn)直到破裂，形成帶有明亮X射線的黑洞冕。
威爾金斯說：“這個磁場在受到約束后，會靠近黑洞，并加熱它周圍的一切，從而產(chǎn)生這些高能電子，然后再繼續(xù)發(fā)出X射線。”
這跟太陽的日冕或炎熱的外層大氣沒有什么兩樣。太陽的表面也覆蓋著磁場，當(dāng)它們與日冕中帶電粒子相互作用的時候，就會形成環(huán)和羽流。
同理當(dāng)物質(zhì)掉進黑洞并被加熱到極端溫度的時候，在黑洞周圍也會形成明亮的光環(huán)。
這種X射線將是科學(xué)家研究和繪制黑洞的一種方式。
人文與科學(xué)，學(xué)院的LukeBlossom教授，和斯坦福大學(xué)物理學(xué)教授RogerBranford，在一份聲明中說：“50年前，天體物理學(xué)家就開始推測磁場在接近黑洞后會有什么行為了，他們不知道我們現(xiàn)在竟然有可以直接觀測這一現(xiàn)象的技術(shù)?！?/p>
黑洞后面的光？
研究人員使用歐洲X射線天文臺的，高能天體物理望遠(yuǎn)鏡雅典娜，進一步探索了黑洞日冕，
威爾金斯說：“它的鏡子比我們在X射線望遠(yuǎn)鏡上使用的鏡子大得多，它將使我們能夠在更短的觀察時間內(nèi)獲得更高分辨率的外觀。所以，有了這些新的天文臺后，我們從數(shù)據(jù)中獲取的圖片將變得更加清晰了。”
進入黑洞的任何光都不會出來，所以我們應(yīng)該是看不到黑洞后面的任何東西了。
但是他們卻觀察到落入黑洞的氣體發(fā)出了明亮的X射線耀斑。
在他們研究X射線耀斑的時候，威爾金斯還發(fā)現(xiàn)了更多的“光回波”，它們沒有耀斑那么明亮，發(fā)射時間更晚，并且有很多不同的顏色。
于是他和他的同事們意識到可能有更大的X射線耀斑，被反射并“從圓盤的背面繞著黑洞彎曲”，使他們能夠看到黑洞的遠(yuǎn)端。
威爾金斯說：“我一旦在望遠(yuǎn)鏡觀測中看到它們，我就能弄清楚它們之間的聯(lián)系。因為幾年來，我一直在對這些回聲對我們的看法做出理論預(yù)測。
而我們現(xiàn)在之所以能看到這一點，也正是因為那個黑洞正在扭曲空間、彎曲光線并扭曲自身周圍的磁場，迫使光再次返了回來?！?/p>
這不是天文學(xué)家第一次發(fā)現(xiàn)，由黑洞扭曲光線而引起的引力透鏡現(xiàn)象，但這卻是他們第一次看到黑洞背面的“光回波”，也是他們第一次看到黑洞的另一面。
驗證了相對論？
這一觀察結(jié)果也應(yīng)驗了愛因斯坦廣義相對論的預(yù)言。
愛因斯坦的廣義相對論認(rèn)為，萬有引力的本質(zhì)是時空彎曲，而時空彎曲的原因是質(zhì)量（或能量）。
反過來，這個彎曲的空間決定了能量和物質(zhì)運動的規(guī)則。即使光沿直線傳播，那么當(dāng)光穿過高度彎曲的時空區(qū)域時，也會以曲線的形式傳播，在這種情況下，一般光是從它的后面?zhèn)鞑サ剿懊娴摹?/p>
早在1915年，愛因斯坦就說黑洞會扭曲它們周圍的空間結(jié)構(gòu)，扭曲的磁場就像是黑洞的一面鏡子。到時候，應(yīng)該可以看到黑洞背面發(fā)出的光波。
隨著新天文發(fā)現(xiàn)的出現(xiàn)，這個說引力是物質(zhì)扭曲時間和空間的想法，已經(jīng)持續(xù)一百年了。
雖然這一結(jié)果還沒有改變科學(xué)家對黑洞吸積的整體看法，但它很好地證實了廣義相對論在這些系統(tǒng)中的作用。
研究人員表示希望這項研究能夠幫助我們提高對黑洞日冕的認(rèn)識，并探索黑洞日冕如何產(chǎn)生這些明亮的X射線耀斑。
科學(xué)家們將繼續(xù)努力了解更多關(guān)于黑洞日冕的信息。
據(jù)歐洲航天局稱，科學(xué)家們最終希望可以利用X射線回波數(shù)據(jù)來創(chuàng)建黑洞周圍環(huán)境的3D地圖。
歐洲航天局將在2031年發(fā)射一個名為Athena的X射線天文臺，以觀察更多的黑洞日冕。
我們一般都是更多的受到技術(shù)的限制，更精確的望遠(yuǎn)鏡也可以讓天體物理學(xué)家更好地了解黑洞的這些物理現(xiàn)象，和黑洞的其他奇怪行為。未來的黑洞科學(xué)只會越來越好。
