在星系中心“隐居”了贪婪而暴戾的黑洞，它通过自身强大的引力和能量的巨大喷发影响了周围物体的生长和死亡。卡福里研究所的粒子天体物理学和宇宙学研究室主任罗杰·布兰德福德是美国国家科学院的院士，他认为黑洞对星系的形成和星系环境的改变产生了主要影响，黑洞在一生释放的能量比星系的所有恒星释放的总能量还要多，它蕴含和释放的能量形成了宇宙的“超级能量”。靠近黑洞区域的引力非常强烈，目前已知的宇宙中运动最快的光粒子也无法逃脱它的吸引。黑洞是“黑咕隆咚”的不发光物体，我们不能直接地观测它，科学家克服“不可见”的方式是观测它对周围天体的影响，以间接的方法推测它的存在。黑洞周围的“在轨”恒星和涌动的一团团气体物质是可以被观测的物理对象，科学家设法获取黑洞周围物理量的信息，通过以创建计算机模型的方式来理解信息的含义，对遥远太空的黑洞作出物理预测，然而，再好的理论模型不能停留在假想的层面，理论模型必须与物理观测取得一致。
马里兰大学帕克分校的物理学助理教授乔纳森·麦金尼认为，所有在弱重力场进行的对广义相对论的物理检验都符合爱因斯坦的预见，实验数据落在了以爱因斯坦公式计算出的线型上，然而，存在另外的一个体系，广义相对论在强引力场的有效性有待检验。不难想象，最强的引力场靠近黑洞，或在黑洞的内部，这种检测极为困难，人们至今没有对广义相对论进行重引力场环境的检验。对爱因斯坦的广义相对论的检验而言，“黑洞实验室”是最终检验的最好平台。人们不能直接观测黑洞，需要寻找可替代性的场合，黑洞周围典型的伴随物体是吸积盘，它是一个由超热物质组成的蝶状旋转盘，吸积盘处在黑洞“视界”的外侧，黑洞的喷流可以成为黑洞观测的替代物，黑洞喷流是一种电离化气体形成的高能束流，它喷发的距离达到数十亿光年，穿越在茫茫太空的黑洞喷流构成了一道宇宙最为壮丽的景色。
2013年1月，《科学》杂志发表了由麦金尼、切科夫斯克伊和布兰德福德共同撰写的论文。在吸积盘中央的黑洞喷发的能量流产生了变形和弯曲效应，这比之前科学家的预测值更大，黑洞喷流的变形和弯曲与“叠加机制”有关，一重机制来源于黑洞的极强引力，另一重机制来源于黑洞旋转带来的极强磁力。高度细节化、抽象化的理论模型模拟了黑洞环境，创建了黑洞学模型的新知识体系。数十年来，一种过于简单的吸积盘和黑洞两极喷发的模型主导了黑洞学研究，过于简单的模型认为，吸积盘像一块在太空“平躺”的平板，吸积盘的内边缘位于黑洞引力范围的外边缘，从黑洞释放的喷流以垂直于吸积盘的角度对外向上下两个方向喷出。研究人员应用新的3D技术，用超级计算机模拟了喷流图像，国家科学基金会的极端科学和工程发现环境（XSEDE）分会和NASA为研究人员提供了超级计算机的技术支持。新的模型推翻了过于简单的吸积盘和喷流的模型。
在新的模拟中，喷流与黑洞的旋转轴合在一起，喷流的轴线是逐渐形成的，它受到了吸积盘物质的推动，喷流弯曲成和吸积盘的旋转轴平行的方向，喷流的中心轴和吸积盘的中心轴在开始时有一个大的偏移量。在喷流和吸积盘的交互作用下形成了一种弯曲的吸积盘物质的分布密度。普林斯顿大学理论科学中心的博士后研究员亚历山大·切科夫斯克伊认为，穿越黑洞的磁场强度成为一个重要的因素，而磁场强度在以前黑洞学的研究中只是一个自由参数，新的研究显示了磁场强度有极大值，它对吸积盘的作用与黑洞的引力一样强大。
吸积盘扭曲的能量增长到如此大强度，以至于它实际上驱动了喷流的形成，新的理论与过去的解释刚好相反，应该是强大的喷流对吸积盘进行了再调整，而不是吸积盘对喷流过程进行了再调整。科学家一直认为吸积盘占据了主导方面，用一种形象的比喻来说，吸积盘像一只狗，喷流则像狗的尾巴摆动。新的模型显示，黑洞磁场实际上比引力还强，这导致了喷流占据主导方面，喷流变成了一只狗，吸积盘则变成了摆动的尾巴。吸积盘和喷流的“主次关系”发生了颠倒，吸积盘跟随着喷流变动，而不是喷流跟随着吸积盘变动，用一种形象的比喻来说，在吸积盘和喷流形成的平衡机制中，“狗”在追逐自己的“尾巴”，或吸积盘追逐着喷流的摆动。天文学家比以往任何时候更加了解吸积盘和喷流相互变动的细节方面，2012年12月，麻省理工的研究员谢博·杜勒曼在《科学》杂志发表了论文，他第一次描绘了黑洞喷流的图景。
杜勒曼拍摄了位于星系M87中心一个超大质量黑洞的图像，它属于我们临近的星系，杜勒曼和科学小组使用了“视界”望远镜，它是由4台长距离基线干涉望远镜（VLBI）构成的阵列，4台望远镜分布在3个选定的地点。遥远的喷流在广阔太空的背景上像一片小巧的细条，这种景观给科学家带来了无限遐想，麦金尼、切科夫斯克伊和布兰德福德希望获得黑洞附近区域的综合性观测资料，在今后3到5年，他们期待获得更多的信息。
卡福里研究所的罗杰·布兰德福德认为，他们可以观测黑洞周围的气体发生的猛烈翻转和扭转，通过对周围气体的光谱学分析，他们可以断定，气体包裹了一个剧烈旋转的黑洞，观测结果或许和他们建立的理论模型相一致，或许有不同的结果。如果没有一个准确的模型，那么对于任何可能发生的事件，人们不能提出一定的约束条件，也就找不到一种检验爱因斯坦理论正确性的有效方法。如果有一个准确的模型，那么应用爱因斯坦的方程式，人们可以对黑洞附近的区域进行观测，将观测结果和理论模型进行比较，两者可以保持一致，可以产生差异，如果两者不一致，那么观测结果意味着非同寻常的情形，这说明了爱因斯坦的理论和公式也许错了，广义相对论不适用于超强引力场。布兰德福德和他的科学同事应用了超级计算机技术，创建了新的黑洞模型，他们采用了一种数字转换技术，将与黑洞有关的物理指标转化为一种视觉信号，黑洞看起来像从望远镜观测到的数十亿光年以外的天体。科学团队正在完善新的模型，使模拟的效果更接近事实，他们不仅要检验人们对吸积盘和喷流的认识，了解它们的概念、形成和运行的机制，而且要最终检验广义相对论的正确与否。
（编译：2013-4-1）
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