我國(guó)科研團(tuán)隊(duì)拼上黑洞吸積理論最后一塊拼圖

www.kjdzwh.cn 2019-10-14 15:48

即使黑洞看起來(lái)就像甜甜圈一樣普通，它依舊是世界上最神秘，最受矚目的天體之一。

　　來(lái)源：中科院之聲

　　日前，學(xué)術(shù)期刊《自然》雜志在線發(fā)表了中國(guó)極地研究中心，中國(guó)科學(xué)院國(guó)家天文臺(tái)和中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)聯(lián)合國(guó)內(nèi)外多家科研單位和高校共同完成的一項(xiàng)黑洞研究重要成果，論文題為《供給類星體超大質(zhì)量黑洞吸積盤燃料的核區(qū)快速內(nèi)流》。

　　是的，這項(xiàng)研究就像它的標(biāo)題一樣高深莫測(cè)。簡(jiǎn)單來(lái)講，我國(guó)科研團(tuán)隊(duì)此次的貢獻(xiàn)在于，為一項(xiàng)重要的黑洞理論——吸積理論找到了實(shí)實(shí)在在的觀測(cè)證據(jù)。

　　“星系是宇宙中的基本單元，天文學(xué)家認(rèn)為幾乎所有星系中心都存在超大質(zhì)量黑洞。大多數(shù)星系中的超大質(zhì)量黑洞是‘寧?kù)o’的，而有些星系中的超大質(zhì)量黑洞是‘活動(dòng)’的，有大量氣體向黑洞流動(dòng)形成發(fā)光的吸積盤，這種星系中心的亮度遠(yuǎn)超過(guò)星系總體平均亮度，我們稱這種星系為類星體�！痹撜撐牡淖髡咧唬袊�(guó)極地研究中心南極天文學(xué)研究室姜鵬副研究員介紹。

　　黑洞為什么黑？因?yàn)樗|(zhì)量極大，引力極大，就像一個(gè)“吞噬之口”，連光都逃不掉。但“類星體是宇宙中最明亮的天體之一，是遙遠(yuǎn)星系中的劇烈發(fā)光現(xiàn)象”。

　　類星體為什么亮？黑洞吸積理論認(rèn)為，那是因?yàn)樾窍禋怏w下落到距離黑洞約1光年的位置時(shí)，由于黑洞的強(qiáng)大引力和高速轉(zhuǎn)動(dòng)會(huì)形成盤狀氣體流，也就是吸積盤。吸積盤中的氣體高速碰撞摩擦，變得極其熾熱，釋放出相當(dāng)于萬(wàn)億倍太陽(yáng)亮度的能量，發(fā)光遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了整個(gè)星系，因此人們就看到了像甜甜圈似的亮環(huán)。

　　但這僅僅是一個(gè)理論模型，此前沒(méi)有人親眼看到氣體流入黑洞吸積盤，因此也不能確定到底是什么給發(fā)光的“甜甜圈”源源不斷地提供燃料。科學(xué)家們甚至不確定，分布在半徑約一萬(wàn)光年到10萬(wàn)光年左右的廣闊星系中的星際物質(zhì)是否能夠準(zhǔn)確地找到黑洞所在地，并且精準(zhǔn)地朝著這個(gè)方向流動(dòng)，“這個(gè)難度大概相當(dāng)于百步穿楊射銅錢�！苯i幽默地比喻道。

　　而前不久，姜鵬所在團(tuán)隊(duì)觀測(cè)到了氣體流入吸積盤的過(guò)程，找到了證明黑洞吸積理論的重要證據(jù)，給這一理論拼上了最后一塊拼圖。

　　他介紹，氣體流入吸積盤之所以難以被證實(shí)，其中一個(gè)最大的困難就是“黑洞離我們太遠(yuǎn)，看不清”。他們研究的黑洞之一，距離地球約125億光年。針對(duì)這個(gè)問(wèn)題，這一團(tuán)隊(duì)率先提出了利用宇宙中最為豐富的氫和氦元素的光譜吸收線特征來(lái)追蹤氣流的方法。

　　通過(guò)光譜追蹤氫和氦元素，他們發(fā)現(xiàn)，氣體正背向觀測(cè)者運(yùn)動(dòng)流入星系核區(qū)，也就是黑洞方向。并且速度由0持續(xù)增加到了5000公里每秒，這表明氣體受黑洞引力作用持續(xù)加速下落�！�5000公里每秒對(duì)應(yīng)著吸積盤外邊界處黑洞引力的自由落體速度，從運(yùn)動(dòng)學(xué)直接證實(shí)氣體確實(shí)達(dá)到了吸積盤�！苯i解釋。

　　據(jù)介紹，該團(tuán)隊(duì)利用氫和氦元素吸收線開(kāi)展對(duì)黑洞吸積和外流過(guò)程的研究已有10年，取得了一系列成果，在他們搜索的超過(guò)10萬(wàn)個(gè)類星體中，有8個(gè)向他們展示了這個(gè)過(guò)程�！坝捎谶@種氣體流進(jìn)入我們視線準(zhǔn)直方向的幾率非常小，只有宇宙把這一過(guò)程展示在我們眼前時(shí)，我們才可能看見(jiàn)。不過(guò)這已足夠驗(yàn)證確實(shí)有氣體流入吸積盤，可以說(shuō)是‘由0到1’的突破�！彼f(shuō)。

　　“暗物質(zhì)，暗能量，黑洞，宇宙起源，天體起源，生命起源，合稱‘兩暗一黑三起源’，是最重大的基礎(chǔ)性科學(xué)問(wèn)題�！苯i告訴記者，華容道精裝版黑洞相關(guān)研究的重大突破之所以備受矚目，一個(gè)重要的原因就是人類永遠(yuǎn)都在探究自己的起源。

　　一個(gè)普通人和黑洞有什么關(guān)系？

　　姜鵬說(shuō)，從宇宙演化到星系演化，再到地球演化，生命起源，是一條不可分割的鏈條。在這個(gè)鏈條上可以看出，華容道精裝版星系演化是連接人類和宇宙的必經(jīng)橋梁。在星系演化的過(guò)程中，黑洞和星系的相互作用——包括黑洞吸積和外流過(guò)程在內(nèi)的物質(zhì)，能量交換等，是極其重要的環(huán)節(jié)�！拔覀兯幼〉你y河系中心也有一個(gè)黑洞，如果它活動(dòng)起來(lái)，我們應(yīng)該無(wú)法生存”。

　　難怪，黑洞這么令人著迷。