計算機模擬生成的M87星系中央?yún)^(qū)域黑洞極端引力場扭曲周圍物質的效果圖

典型的超大質量黑洞吸積盤(橙色區(qū)域)模型以及兩端釋放的相對論噴流

　　描述本次黑洞半徑測量區(qū)域與事件視界之間的位置關系圖，吸積盤最內側的測量半徑達到事件視界的5.5倍

 　　據(jù)國外媒體報道，黑洞作為宇宙中最神秘的天體之一在于其擁有強大的引力場，哪怕是光也無法逃脫。在大多數(shù)星系的核心區(qū)域都存在質量達太陽數(shù)十億倍黑洞，超大質量黑洞具有強大的引力場，影響范圍可波及整個宿主星系。日前，由麻省理工學院海斯塔克天文臺(Haystack)研究人員領導的國際科學家小組首次測量了遙遠星系中央?yún)^(qū)域黑洞的半徑，在物質徹底落入黑洞之前可以抵達的最遠事件視界邊緣。

　　圖1中顯示了由計算機模擬出的室女座M87星系中央黑洞極端引力場扭曲位于事件視界附近噴流的情形，其中部分輻射被引力嚴重彎曲成一個環(huán)形，這也是我們通常所說的黑洞“影子”?？茖W家們將位于夏威夷、亞利桑那州和加利福尼亞州的射電望遠鏡陣列聯(lián)合，形成一個“事件視界望遠鏡”(EHT)，其觀測能力是哈勃空間望遠鏡的2000倍。天線指向M87星系方向，這是一個距離銀河系5000萬光年的橢圓星系，其中央存在一個超大質量黑洞，質量達到太陽質量的60億倍，科學家通過“事件視界望遠鏡”可觀測到黑洞邊緣附近發(fā)出的光線，這個可視的區(qū)域就被稱為事件視界。

　　根據(jù)麻省理工學院海斯塔克天文臺助理主任、史密森天體物理中心天文臺助理研究員夏普·多爾曼(Shep Doeleman)介紹：“一旦物體墜入事件視界之內，它們就永遠消失，這就如同一個宇宙的出口，但只要走進這扇門就回不來了?！北卷椦芯拷Y果刊登在本周的《科學》期刊上。黑洞是愛因斯坦廣義相對論預言的極端天體，這里的引力將是無法想象的，可將巨大質量的天體(如恒星)物質吸入至一個奇點上。而在黑洞的邊緣，強大的引力使得一定范圍之內的天體都圍繞著黑洞旋轉。

　　被黑洞引力控制住的天體并非立刻落入奇點，而是在黑洞周圍形成盤狀物質螺旋，這就是由氣體和塵埃等彌散物質構成的吸積盤，其上的物質以接近光速的速度運動，隨著時間的推移，吸積盤的角動量將會使得黑洞的自轉方向與物質流的方向一致。圖2中顯示了典型的存在于大多數(shù)星系中央?yún)^(qū)域的超大質量黑洞吸積盤(橙色區(qū)域)模型，在吸積盤兩端都出現(xiàn)了相對論噴流，落入黑洞的物質螺旋盤面磁場受到自轉方向的扭曲，沿著兩個方向釋放出強大的噴流。

　　噴流外圍可看到呈現(xiàn)螺旋狀的磁場，可加快吸積盤上形成高速噴流。從黑洞吸積盤面上向兩個方向釋放的噴流攜帶呈現(xiàn)電中性的粒子束，可影響數(shù)十萬光年的星系區(qū)域，其中就包括有些恒星快速形成之謎。然而，愛因斯坦是正確的嗎?相對論噴流的軌跡或可以幫助科學家了解在黑洞引力場主導區(qū)域內的動力學特性，夏普·多爾曼認為如此極端的引力環(huán)境完美證明了愛因斯坦的廣義相對論。

　　愛因斯坦的理論在非極端引力場的條件下符合觀測結果，比如地球或者太陽系中，但科學家們還沒最終核實廣義相對論在黑洞邊緣的自洽性，這里是宇宙中唯一可能打破該定律的地方。廣義相對論推出黑洞的質量和自轉決定了物質在落入事件視界之前的軌道，天文學家對M87星系中央大質量黑洞相對論噴流大小的詳細測量以評估黑洞的自轉。但目前為止，還沒有望遠鏡可以放大該黑洞的信號到觀測所需的精度。

　　通過這項技術，夏普·多爾曼和他的研究小組測量了吸積盤最內側的軌道，只有黑洞事件視界半徑的5.5倍。根據(jù)物理學定律，吸積盤最內側軌道半徑大小表面吸積盤的旋轉方向與黑洞的自轉方向相同，這也是首次確認星系中央超大質量黑洞吸積盤兩端釋放的相對論噴流理論。該研究團隊的科學家計劃擴大“事件視界”望遠鏡陣列，增加位于智利、歐洲、墨西哥、格陵蘭和南極的射電望遠鏡陣列，以便將來獲得更多關于黑洞的詳細照片。