我國科研團(tuán)隊(duì)拼上黑洞吸積理論最后一塊拼圖

即使黑洞看起來就像甜甜圈一樣普通，它依舊是世界上最神秘、最受矚目的天體之一。

來源：中科院之聲

日前，學(xué)術(shù)期刊《自然》雜志在線發(fā)表了中國極地研究中心、中國科學(xué)院國家天文臺(tái)和中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)聯(lián)合國內(nèi)外多家科研單位和高校共同完成的一項(xiàng)黑洞研究重要成果，論文題為《供給類星體超大質(zhì)量黑洞吸積盤燃料的核區(qū)快速內(nèi)流》。

是的，這項(xiàng)研究就像它的標(biāo)題一樣高深莫測(cè)。簡單來講，我國科研團(tuán)隊(duì)此次的貢獻(xiàn)在于，為一項(xiàng)重要的黑洞理論——吸積理論找到了實(shí)實(shí)在在的觀測(cè)證據(jù)。

“星系是宇宙中的基本單元，天文學(xué)家認(rèn)為幾乎所有星系中心都存在超大質(zhì)量黑洞。大多數(shù)星系中的超大質(zhì)量黑洞是‘寧靜’的；而有些星系中的超大質(zhì)量黑洞是‘活動(dòng)’的，有大量氣體向黑洞流動(dòng)形成發(fā)光的吸積盤，這種星系中心的亮度遠(yuǎn)超過星系總體平均亮度，我們稱這種星系為類星體?！痹撜撐牡淖髡咧?、中國極地研究中心南極天文學(xué)研究室姜鵬副研究員介紹。

黑洞為什么黑？因?yàn)樗|(zhì)量極大、引力極大，就像一個(gè)“吞噬之口”，連光都逃不掉。但“類星體是宇宙中最明亮的天體之一，是遙遠(yuǎn)星系中的劇烈發(fā)光現(xiàn)象”。

類星體為什么亮？黑洞吸積理論認(rèn)為，那是因?yàn)樾窍禋怏w下落到距離黑洞約1光年的位置時(shí)，由于黑洞的強(qiáng)大引力和高速轉(zhuǎn)動(dòng)會(huì)形成盤狀氣體流，也就是吸積盤。吸積盤中的氣體高速碰撞摩擦，變得極其熾熱，釋放出相當(dāng)于萬億倍太陽亮度的能量，發(fā)光遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了整個(gè)星系，因此人們就看到了像甜甜圈似的亮環(huán)。

但這僅僅是一個(gè)理論模型，此前沒有人親眼看到氣體流入黑洞吸積盤，因此也不能確定到底是什么給發(fā)光的“甜甜圈”源源不斷地提供燃料?？茖W(xué)家們甚至不確定，分布在半徑約一萬光年到10萬光年左右的廣闊星系中的星際物質(zhì)是否能夠準(zhǔn)確地找到黑洞所在地，并且精準(zhǔn)地朝著這個(gè)方向流動(dòng)，“這個(gè)難度大概相當(dāng)于百步穿楊射銅錢?！苯i幽默地比喻道。

　　而前不久，姜鵬所在團(tuán)隊(duì)觀測(cè)到了氣體流入吸積盤的過程，找到了證明黑洞吸積理論的重要證據(jù)，給這一理論拼上了最后一塊拼圖。

他介紹，氣體流入吸積盤之所以難以被證實(shí)，其中一個(gè)最大的困難就是“黑洞離我們太遠(yuǎn)，看不清”。他們研究的黑洞之一，距離地球約125億光年。針對(duì)這個(gè)問題，這一團(tuán)隊(duì)率先提出了利用宇宙中最為豐富的氫和氦元素的光譜吸收線特征來追蹤氣流的方法。

通過光譜追蹤氫和氦元素，他們發(fā)現(xiàn)，氣體正背向觀測(cè)者運(yùn)動(dòng)流入星系核區(qū)，也就是黑洞方向。并且速度由0持續(xù)增加到了5000公里每秒，這表明氣體受黑洞引力作用持續(xù)加速下落?！?000公里每秒對(duì)應(yīng)著吸積盤外邊界處黑洞引力的自由落體速度，從運(yùn)動(dòng)學(xué)直接證實(shí)氣體確實(shí)達(dá)到了吸積盤?！苯i解釋。

據(jù)介紹，該團(tuán)隊(duì)利用氫和氦元素吸收線開展對(duì)黑洞吸積和外流過程的研究已有10年，取得了一系列成果，在他們搜索的超過10萬個(gè)類星體中，有8個(gè)向他們展示了這個(gè)過程?！坝捎谶@種氣體流進(jìn)入我們視線準(zhǔn)直方向的幾率非常小，只有宇宙把這一過程展示在我們眼前時(shí)，我們才可能看見。不過這已足夠驗(yàn)證確實(shí)有氣體流入吸積盤，可以說是‘由0到1’的突破?！彼f。

“暗物質(zhì)、暗能量、黑洞、宇宙起源、天體起源、生命起源，合稱‘兩暗一黑三起源’，是最重大的基礎(chǔ)性科學(xué)問題。”姜鵬告訴記者，黑洞相關(guān)研究的重大突破之所以備受矚目，一個(gè)重要的原因就是人類永遠(yuǎn)都在探究自己的起源。

一個(gè)普通人和黑洞有什么關(guān)系？

姜鵬說，從宇宙演化到星系演化，再到地球演化、生命起源，是一條不可分割的鏈條。在這個(gè)鏈條上可以看出，星系演化是連接人類和宇宙的必經(jīng)橋梁。在星系演化的過程中，黑洞和星系的相互作用——包括黑洞吸積和外流過程在內(nèi)的物質(zhì)、能量交換等，是極其重要的環(huán)節(jié)。“我們所居住的銀河系中心也有一個(gè)黑洞，如果它活動(dòng)起來，我們應(yīng)該無法生存”。

難怪，黑洞這么令人著迷。

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