黑洞的形象在人們心中可不算“好”。任何物質(zhì)，甚至是光都無(wú)法從黑洞中逃逸，給黑洞披上了一層恐怖、神秘的面紗。然而，近日卻有報(bào)道稱(chēng)“從黑洞逃逸的光線會(huì)被再次拉回黑洞”，這是怎么一回事?

光真的能逃出黑洞的魔爪嗎?這一研究是否會(huì)撼動(dòng)黑洞理論及其背后的現(xiàn)代宇宙學(xué)大廈?相信一連串問(wèn)號(hào)已經(jīng)在很多讀者的心中升起。

這篇報(bào)道是基于美國(guó)加州理工學(xué)院物理學(xué)家賴(lài)?yán)?middot;康納斯(Riley Connors)等研究人員近期發(fā)表在《天體物理學(xué)》期刊上的一項(xiàng)研究。科技日?qǐng)?bào)記者就此采訪了中國(guó)科學(xué)院國(guó)家天文臺(tái)研究員陸由俊。

他表示，原論文中并未提及光線能從黑洞中逃逸，所謂“逃逸又被拉回”的光線實(shí)則源自黑洞周?chē)奈e盤(pán)，原因在于黑洞強(qiáng)大的引力場(chǎng)能夠致使其附近的光線劇烈彎曲。該研究確實(shí)為這一理論提供了新的證據(jù)，但應(yīng)明晰此前該理論便已經(jīng)積累了不少有力的證據(jù)。

吸積盤(pán)上的光子跳躍之舞

研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)建模方式探討了黑洞X射線雙星XTE J1550-564在1998—1999年間、2000年爆發(fā)期間的吸積特性，發(fā)現(xiàn)黑體輻射機(jī)制主導(dǎo)下，吸積盤(pán)上輻射出的X射線中，約有5%的光子的軌跡會(huì)在黑洞的強(qiáng)大引力作用下被彎曲并再次撞擊到盤(pán)面上。

黑洞X射線雙星是由一顆黑洞及一顆正常恒星組成的雙星系統(tǒng)，黑洞會(huì)不斷吸積恒星的物質(zhì)，直至恒星消亡。物質(zhì)在被吞噬時(shí)，會(huì)沿螺旋狀軌道靠近并落入中心的黑洞，從而在黑洞周?chē)纬蓤A盤(pán)狀的吸積盤(pán)。在黑洞的引力下，吸積盤(pán)內(nèi)物質(zhì)具有極快轉(zhuǎn)速，物質(zhì)之間的摩擦使它被加熱至數(shù)十億攝氏度的高溫，從而輻射出X射線等光子。

黑洞的邊界稱(chēng)為“視界面”。“任何進(jìn)入視界面的物質(zhì)都無(wú)法逃逸，這是黑洞的特性。”陸由俊表示，吸積盤(pán)位于視界面外部，是黑洞的“糧倉(cāng)”。吸積盤(pán)上，外側(cè)位置由于距離黑洞相對(duì)較遠(yuǎn)，輻射出的光子可能會(huì)在漫漫太空中穿梭游蕩，有可能直接被望遠(yuǎn)鏡捕捉到;而靠近黑洞吸積盤(pán)內(nèi)側(cè)位置誕生的光子則往往沒(méi)有星際旅行的機(jī)會(huì)，黑洞強(qiáng)大的引力場(chǎng)會(huì)對(duì)其軌跡造成強(qiáng)烈彎曲，甚至可以使光子從吸積盤(pán)的一側(cè)跳躍到另一側(cè)，在黑洞“上空”劃出一道唯美的曲線，再次投入到吸積盤(pán)的懷抱中，宛如璀璨的生命之舞。

事實(shí)上，這類(lèi)光子無(wú)法被望遠(yuǎn)鏡直接捕捉到，那學(xué)者們是如何得知這一現(xiàn)象的?陸由俊解釋道，這類(lèi)光子會(huì)被吸積盤(pán)吸收，并輻射出新的光子，就像光線照射在鏡面上被反射，最終進(jìn)入望遠(yuǎn)鏡的是“反射線”，即新光子，只是此光子已非彼光子。學(xué)者便可根據(jù)新光子參數(shù)反推出它們的“前世今生”。

為傳統(tǒng)理論提供新證據(jù)

1998年，黑洞X射線雙星XTE J1550-564就被美國(guó)國(guó)家航空航天局(NASA)的天文衛(wèi)星羅西X射線計(jì)時(shí)探測(cè)器探測(cè)到。此后的二十余載，國(guó)際上多位學(xué)者紛紛展開(kāi)研究，其X射線光譜、時(shí)變特性等已經(jīng)得到了廣泛研究。

“這是首次在XTE J1550-564系統(tǒng)中探測(cè)到的吸積盤(pán)內(nèi)側(cè)‘反射’現(xiàn)象。”研究人員在論文中寫(xiě)道。

“理論是傳統(tǒng)的理論，現(xiàn)象也在意料之中。但不可否認(rèn)的是，該項(xiàng)研究確實(shí)用一種新源證實(shí)了廣義相對(duì)論中引力場(chǎng)與光線的作用理論，積累了新的觀測(cè)證據(jù)。”陸由俊表示，通過(guò)分析望遠(yuǎn)鏡觀測(cè)到的“反射成分”，可以計(jì)算并確定吸積盤(pán)的內(nèi)邊界、自旋轉(zhuǎn)速等參數(shù)，為探究黑洞相關(guān)特性提供一種新的方法。

陸由俊還提及，像這種強(qiáng)引力場(chǎng)致使光線高度彎曲的現(xiàn)象需要天體同時(shí)滿足大質(zhì)量、小尺度兩個(gè)因素，通俗來(lái)說(shuō)就是天體需具有超高密度。例如，中子星也具有強(qiáng)大的引力場(chǎng)，中子星的半徑是同等質(zhì)量黑洞的視界的3到6倍以上，因此，中子星表面附近的光線彎曲程度遠(yuǎn)沒(méi)有黑洞視界附近的光線彎曲程度強(qiáng)烈。

正是由于學(xué)者們的孜孜探索，才一點(diǎn)一滴地勾勒出萬(wàn)物默默遵循的“天道”規(guī)律。“每種理論或?qū)W說(shuō)的提出，都會(huì)伴隨著大量、漫長(zhǎng)的證據(jù)累計(jì)過(guò)程，這是天文的魅力，亦是科學(xué)的魅力。”陸由俊說(shuō)。(于紫月)

關(guān)鍵詞： 黑洞