在星系中心“隱居”了貪婪而暴戾的黑洞，它通過自身強大的引力和能量的巨大噴發影響了周圍物體的生長和死亡。卡福裡研究所的粒子天體物理學和宇宙學研究室主任羅傑·布蘭德福德是美國國家科學院的院士，他認為黑洞對星系的形成和星系環境的改變產生了主要影響，黑洞在一生釋放的能量比星系的所有恆星釋放的總能量還要多，它蘊含和釋放的能量形成了宇宙的“超級能量”。靠近黑洞區域的引力非常強烈，目前已知的宇宙中運動最快的光粒子也無法逃脫它的吸引。黑洞是“黑咕隆咚”的不發光物體，我們不能直接地觀測它，科學家克服“不可見”的方式是觀測它對周圍天體的影響，以間接的方法推測它的存在。黑洞周圍的“在軌”恆星和湧動的一團團氣體物質是可以被觀測的物理對象，科學家設法獲取黑洞周圍物理量的信息，通過以創建計算機模型的方式來理解信息的含義，對遙遠太空的黑洞作出物理預測，然而，再好的理論模型不能停留在假想的層面，理論模型必須與物理觀測取得一致。
馬里蘭大學帕克分校的物理學助理教授喬納森·麥金尼認為，所有在弱重力場進行的對廣義相對論的物理檢驗都符合愛因斯坦的預見，實驗數據落在了以愛因斯坦公式計算出的線型上，然而，存在另外的一個體系，廣義相對論在強引力場的有效性有待檢驗。不難想象，最強的引力場靠近黑洞，或在黑洞的內部，這種檢測極為困難，人們至今沒有對廣義相對論進行重引力場環境的檢驗。對愛因斯坦的廣義相對論的檢驗而言，“黑洞實驗室”是最終檢驗的最好平臺。人們不能直接觀測黑洞，需要尋找可替代性的場合，黑洞周圍典型的伴隨物體是吸積盤，它是一個由超熱物質組成的蝶狀旋轉盤，吸積盤處在黑洞“視界”的外側，黑洞的噴流可以成為黑洞觀測的替代物，黑洞噴流是一種電離化氣體形成的高能束流，它噴發的距離達到數十億光年，穿越在茫茫太空的黑洞噴流構成了一道宇宙最為壯麗的景色。
2013年1月，《科學》雜誌發表了由麥金尼、切科夫斯克伊和布蘭德福德共同撰寫的論文。在吸積盤中央的黑洞噴發的能量流產生了變形和彎曲效應，這比之前科學家的預測值更大，黑洞噴流的變形和彎曲與“疊加機制”有關，一重機制來源於黑洞的極強引力，另一重機制來源於黑洞旋轉帶來的極強磁力。高度細節化、抽象化的理論模型模擬了黑洞環境，創建了黑洞學模型的新知識體系。數十年來，一種過於簡單的吸積盤和黑洞兩極噴發的模型主導了黑洞學研究，過於簡單的模型認為，吸積盤像一塊在太空“平躺”的平板，吸積盤的內邊緣位於黑洞引力範圍的外邊緣，從黑洞釋放的噴流以垂直於吸積盤的角度對外向上下兩個方向噴出。研究人員應用新的3D技術，用超級計算機模擬了噴流圖像，國家科學基金會的極端科學和工程發現環境（XSEDE）分會和NASA為研究人員提供了超級計算機的技術支持。新的模型推翻了過於簡單的吸積盤和噴流的模型。
在新的模擬中，噴流與黑洞的旋轉軸合在一起，噴流的軸線是逐漸形成的，它受到了吸積盤物質的推動，噴流彎曲成和吸積盤的旋轉軸平行的方向，噴流的中心軸和吸積盤的中心軸在開始時有一個大的偏移量。在噴流和吸積盤的交互作用下形成了一種彎曲的吸積盤物質的分佈密度。普林斯頓大學理論科學中心的博士後研究員亞歷山大·切科夫斯克伊認為，穿越黑洞的磁場強度成為一個重要的因素，而磁場強度在以前黑洞學的研究中只是一個自由參數，新的研究顯示了磁場強度有極大值，它對吸積盤的作用與黑洞的引力一樣強大。
吸積盤扭曲的能量增長到如此大強度，以至於它實際上驅動了噴流的形成，新的理論與過去的解釋剛好相反，應該是強大的噴流對吸積盤進行了再調整，而不是吸積盤對噴流過程進行了再調整。科學家一直認為吸積盤佔據了主導方面，用一種形象的比喻來說，吸積盤像一隻狗，噴流則像狗的尾巴擺動。新的模型顯示，黑洞磁場實際上比引力還強，這導致了噴流佔據主導方面，噴流變成了一隻狗，吸積盤則變成了擺動的尾巴。吸積盤和噴流的“主次關係”發生了顛倒，吸積盤跟隨著噴流變動，而不是噴流跟隨著吸積盤變動，用一種形象的比喻來說，在吸積盤和噴流形成的平衡機制中，“狗”在追逐自己的“尾巴”，或吸積盤追逐著噴流的擺動。天文學家比以往任何時候更加了解吸積盤和噴流相互變動的細節方面，2012年12月，麻省理工的研究員謝博·杜勒曼在《科學》雜誌發表了論文，他第一次描繪了黑洞噴流的圖景。
杜勒曼拍攝了位於星系M87中心一個超大質量黑洞的圖像，它屬於我們臨近的星系，杜勒曼和科學小組使用了“視界”望遠鏡，它是由4臺長距離基線干涉望遠鏡（VLBI）構成的陣列，4臺望遠鏡分佈在3個選定的地點。遙遠的噴流在廣闊太空的背景上像一片小巧的細條，這種景觀給科學家帶來了無限遐想，麥金尼、切科夫斯克伊和布蘭德福德希望獲得黑洞附近區域的綜合性觀測資料，在今後3到5年，他們期待獲得更多的信息。
卡福裡研究所的羅傑·布蘭德福德認為，他們可以觀測黑洞周圍的氣體發生的猛烈翻轉和扭轉，通過對周圍氣體的光譜學分析，他們可以斷定，氣體包裹了一個劇烈旋轉的黑洞，觀測結果或許和他們建立的理論模型相一致，或許有不同的結果。如果沒有一個準確的模型，那麼對於任何可能發生的事件，人們不能提出一定的約束條件，也就找不到一種檢驗愛因斯坦理論正確性的有效方法。如果有一個準確的模型，那麼應用愛因斯坦的方程式，人們可以對黑洞附近的區域進行觀測，將觀測結果和理論模型進行比較，兩者可以保持一致，可以產生差異，如果兩者不一致，那麼觀測結果意味著非同尋常的情形，這說明了愛因斯坦的理論和公式也許錯了，廣義相對論不適用於超強引力場。布蘭德福德和他的科學同事應用了超級計算機技術，創建了新的黑洞模型，他們採用了一種數字轉換技術，將與黑洞有關的物理指標轉化為一種視覺信號，黑洞看起來像從望遠鏡觀測到的數十億光年以外的天體。科學團隊正在完善新的模型，使模擬的效果更接近事實，他們不僅要檢驗人們對吸積盤和噴流的認識，瞭解它們的概念、形成和運行的機制，而且要最終檢驗廣義相對論的正確與否。
（編譯：2013-4-1）
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