2020-04-20 08:57
科技日報
天聞頻道
黑洞的形象在人們心中可不算“好”。任何物質，甚至是光都無法從黑洞中逃逸，給黑洞披上了一層恐怖、神秘的面紗。然而，近日卻有報道稱“從黑洞逃逸的光線會被再次拉回黑洞”，這是怎麼一回事？
光真的能逃出黑洞的魔爪嗎？這一研究是否會撼動黑洞理論及其背後的現代宇宙學大廈？相信一連串問號已經在很多讀者的心中升起。
這篇報道是基於美國加州理工學院物理學家賴利·康納斯（Riley Connors）等研究人員近期發表在《天體物理學》期刊上的一項研究。科技日報記者就此採訪了中國科學院國家天文臺研究員陸由俊。
他表示，原論文中並未提及光線能從黑洞中逃逸，所謂“逃逸又被拉回”的光線實則源自黑洞周圍的吸積盤，原因在於黑洞強大的引力場能夠致使其附近的光線劇烈彎曲。該研究確實為這一理論提供了新的證據，但應明晰此前該理論便已經積累了不少有力的證據。
吸積盤上的光子跳躍之舞
研究團隊通過建模方式探討了黑洞X射線雙星XTE J1550-564在1998—1999年間、2000年爆發期間的吸積特性，發現黑體輻射機制主導下，吸積盤上輻射出的X射線中，約有5%的光子的軌跡會在黑洞的強大引力作用下被彎曲並再次撞擊到盤面上。
黑洞X射線雙星是由一顆黑洞及一顆正常恆星組成的雙星系統，黑洞會不斷吸積恆星的物質，直至恆星消亡。物質在被吞噬時，會沿螺旋狀軌道靠近並落入中心的黑洞，從而在黑洞周圍形成圓盤狀的吸積盤。在黑洞的引力下，吸積盤內物質具有極快轉速，物質之間的摩擦使它被加熱至數十億攝氏度的高溫，從而輻射出X射線等光子。
黑洞的邊界稱為“視界面”。“任何進入視界面的物質都無法逃逸，這是黑洞的特性。”陸由俊表示，吸積盤位於視界面外部，是黑洞的“糧倉”。吸積盤上，外側位置由於距離黑洞相對較遠，輻射出的光子可能會在漫漫太空中穿梭遊蕩，有可能直接被望遠鏡捕捉到；而靠近黑洞吸積盤內側位置誕生的光子則往往沒有星際旅行的機會，黑洞強大的引力場會對其軌跡造成強烈彎曲，甚至可以使光子從吸積盤的一側跳躍到另一側，在黑洞“上空”劃出一道唯美的曲線，再次投入到吸積盤的懷抱中，宛如璀璨的生命之舞。
事實上，這類光子無法被望遠鏡直接捕捉到，那學者們是如何得知這一現象的？陸由俊解釋道，這類光子會被吸積盤吸收，並輻射出新的光子，就像光線照射在鏡面上被反射，最終進入望遠鏡的是“反射線”，即新光子，只是此光子已非彼光子。學者便可根據新光子參數反推出它們的“前世今生”。
為傳統理論提供新證據
1998年，黑洞X射線雙星XTE J1550-564就被美國國家航空航天局（NASA）的天文衛星羅西X射線計時探測器探測到。此後的二十餘載，國際上多位學者紛紛展開研究，其X射線光譜、時變特性等已經得到了廣泛研究。
“這是首次在XTE J1550-564系統中探測到的吸積盤內側‘反射’現象。”研究人員在論文中寫道。
“理論是傳統的理論，現象也在意料之中。但不可否認的是，該項研究確實用一種新源證實了廣義相對論中引力場與光線的作用理論，積累了新的觀測證據。”陸由俊表示，通過分析望遠鏡觀測到的“反射成分”，可以計算並確定吸積盤的內邊界、自旋轉速等參數，為探究黑洞相關特性提供一種新的方法。
陸由俊還提及，像這種強引力場致使光線高度彎曲的現象需要天體同時滿足大質量、小尺度兩個因素，通俗來說就是天體需具有超高密度。例如，中子星也具有強大的引力場，中子星的半徑是同等質量黑洞的視界的3到6倍以上，因此，中子星表面附近的光線彎曲程度遠沒有黑洞視界附近的光線彎曲程度強烈。
正是由於學者們的孜孜探索，才一點一滴地勾勒出萬物默默遵循的“天道”規律。“每種理論或學說的提出，都會伴隨著大量、漫長的證據累計過程，這是天文的魅力，亦是科學的魅力。”陸由俊說。
