天文学家首次探测到黑洞背后的光,再次证实爱因斯坦的广义相对论是正确的。
研究人员在研究一个距离我们8亿光年外的兹威基1号螺旋星系中心的超大质量黑洞发出的X射线时,观察到一个意想不到的现象。除了预期的来自黑洞前侧的X射线之外,科学家们还观测到许多来源不明的“发光回波”。
更奇怪的是,这个来源不明的光爆发规模更小,到达时间也更晚,颜色也和来自黑洞前侧的耀斑颜色不同。
研究人员很快意识到,这些回波可能来自超大质量黑洞的背面。这恰好印证了爱因斯坦的广义相对论,即黑洞会扭曲时空,从而使得光能够在黑洞周围传播。
任何进入黑洞的光都逃不出来,所以我们本看不到黑洞背后的任何东西,但我们能看到那些光,是因为那个黑洞正在扭曲自身周围的空间、光线和磁场。
爱因斯坦的广义相对论描述了大质量物体扭曲宇宙结构——时空——的现象。爱因斯坦发现,引力并非来自一股看不见的力量,而单纯是我们对物质和能量引起的时空扭曲的一种体验。
反过来,这个弯曲的空间为能量和物质的运动设定了规则。虽然我们都知道光线沿直线传播,但是穿越高度扭曲的时空(如黑洞周围的空间)的光线却会沿曲线传播。所以,在这个例子中,我们看到了从黑洞背面绕到黑洞前面的光。
爱因斯坦在1915年提出广义相对论。天文学家们起初没有打算证实这个一百多年前的理论。事实上,他们只是希望使用欧洲航天局X射线天文卫星XMM-牛顿卫星和NASA的NuSTAR太空望远镜来观测黑洞的事件视界外围超热粒子云层发出的光。
黑洞的事件视界是一个边界,一旦进入这个边界,一切东西都有去无回。
这层超热粒子云层——“黑洞光环”——围绕在黑洞的四周,任何物质落入其中都会加热这层光环。
研究人员称,光环的温度可以达到数百万度,高温使电子从原子中剥离,进而将粒子云变成磁化的等离子体。
这个磁场被束缚在一起,然后突然靠近黑洞,加热周围的一切,并产生这些高能电子,然后这些电子继续产生X射线。
既然研究人员已经观察到这一现象,他们下一步将更详细地研究光线如何在黑洞周围弯曲,并研究黑洞光环产生如此明亮的X射线耀斑的方式。