在早期宇宙中，物質(zhì)會(huì)以光速的30%下落到超大質(zhì)量黑洞。
圖解：藝術(shù)家想象物質(zhì)直接落入黑洞。
觀測(cè)發(fā)現(xiàn)，有物質(zhì)以大約30%的光速落入位于一個(gè)名為PG1211+143星系中心的黑洞。而且，它并沒(méi)有像預(yù)期的那樣落入一個(gè)越來(lái)越窄的軌道，而是直接一頭扎進(jìn)了中央。
這項(xiàng)研究由英國(guó)萊斯特大學(xué)的肯·龐德領(lǐng)導(dǎo)的研究小組完成，發(fā)表在《皇家天文學(xué)會(huì)月刊》上。這為天文學(xué)家理解黑洞周?chē)镔|(zhì)開(kāi)辟了思路。
幾乎每個(gè)星系的中心都有超大質(zhì)量的黑洞，其質(zhì)量通常是太陽(yáng)質(zhì)量的數(shù)百萬(wàn)到數(shù)十億倍。
圖解：位于M87中心的超大質(zhì)量黑洞，推估質(zhì)量達(dá)太陽(yáng)的數(shù)十億倍。這是人類(lèi)史上第一張直接對(duì)黑洞觀測(cè)的天文影像，由事件視界望遠(yuǎn)鏡所拍攝，發(fā)表于2019年4月10日。
它們令人難以置信的密度意味著它們的體積相對(duì)較小，因此圍繞它們的吸積盤(pán)中的氣體和物質(zhì)旋轉(zhuǎn)得很快，無(wú)法直接落入其中。相反，那些物質(zhì)以一個(gè)不斷加速的軌道向內(nèi)螺旋運(yùn)動(dòng)，變得又熱又亮，并將引力能轉(zhuǎn)化為天文學(xué)家可觀測(cè)到的輻射。
圖解：大麥哲倫云面前的黑洞（中心）的模擬視圖。請(qǐng)注意引力透鏡效應(yīng)，從而產(chǎn)生兩個(gè)放大，以星云最高處扭曲的視野。銀河系星盤(pán)出現(xiàn)在頂部，扭曲成一個(gè)弧形。
然而對(duì)于PG1211+143，龐德和他的團(tuán)隊(duì)的注意力被可能與黑洞旋轉(zhuǎn)不一致的下落物質(zhì)所吸引。與螺旋上升的氣體和塵埃形成對(duì)比的是，他們發(fā)現(xiàn)它幾乎沒(méi)有任何旋轉(zhuǎn)，而是直接向中心墜落。
圖解：藝術(shù)家筆下的黑洞。
在其下降過(guò)程中，該物質(zhì)的速度達(dá)到了光速的30%左右，即大約每秒10萬(wàn)公里。它是在大約20倍于黑洞大小的地方被探測(cè)到的——從天文學(xué)的角度來(lái)說(shuō)，非常接近。
這些測(cè)量是使用歐洲航天局的xmm—-牛頓宇宙飛船來(lái)跟蹤地球大小的物質(zhì)團(tuán)被拉向黑洞時(shí)實(shí)現(xiàn)的。在一天的時(shí)間里，該團(tuán)隊(duì)能夠跟蹤事件的進(jìn)展，直到它最終消失在事件視界之外。
圖解：質(zhì)量達(dá)太陽(yáng)10倍的黑洞之電腦模擬圖
“我們用xmm -牛頓觀測(cè)到的星系有一個(gè)4000萬(wàn)個(gè)太陽(yáng)質(zhì)量的黑洞，非常明亮，而且顯然很大，”龐德解釋說(shuō)。
“事實(shí)上，大約15年前，我們探測(cè)到一股強(qiáng)風(fēng)，表明這個(gè)洞正在被過(guò)度填充。雖然現(xiàn)在在許多活躍的星系中都發(fā)現(xiàn)了這樣的風(fēng)，但PG1211+143現(xiàn)在發(fā)現(xiàn)了另一個(gè)‘第一’，物質(zhì)直接進(jìn)入黑洞本身。”
基于他們的發(fā)現(xiàn)，并得到由英國(guó)大學(xué)聯(lián)盟運(yùn)行的專(zhuān)用天體物理學(xué)超級(jí)計(jì)算機(jī)DiRAC模擬的支持，天文學(xué)家們認(rèn)為，物質(zhì)直接向內(nèi)墜是由于吸積盤(pán)與黑洞的旋轉(zhuǎn)方向不一致。
由此產(chǎn)生的力將圓盤(pán)擊碎成圓環(huán)，這些圓環(huán)相互碰撞，抵消了各自的旋轉(zhuǎn)，使得氣體直接向內(nèi)下落。
雖然發(fā)表的觀測(cè)結(jié)果只涉及到距離地球超過(guò)10億光年的PG211+143，但天文學(xué)家們認(rèn)為，這種“混沌吸積”現(xiàn)象在超大質(zhì)量黑洞中可能很常見(jiàn)。他們認(rèn)為，這可能會(huì)導(dǎo)致黑洞較慢的自旋，讓它們吸收更多的物質(zhì)，并以比預(yù)期更快的速度增長(zhǎng)，這為宇宙早期超大質(zhì)量黑洞的迅速崛起提供了一種解釋。
黑洞是宇宙中的一個(gè)區(qū)域，它的引力加速度非常大，以至于任何粒子，甚至光之類(lèi)的電磁輻射都無(wú)法逃脫。廣義相對(duì)論預(yù)言，一個(gè)足夠緊密的質(zhì)量可以使時(shí)空變形而形成黑洞。無(wú)法逃脫區(qū)域的邊界叫做視界。雖然事件視界對(duì)穿過(guò)它的物體的命運(yùn)和環(huán)境有巨大的影響，但在局部可檢測(cè)的特征中還沒(méi)有證實(shí)這一猜測(cè)。在許多方面，黑洞就像一個(gè)理想的黑體，因?yàn)樗环瓷涔狻４送猓瑥澢鷷r(shí)空中的量子場(chǎng)論預(yù)測(cè)，視界會(huì)發(fā)出霍金輻射，其頻譜與溫度與質(zhì)量成反比的黑體相同。對(duì)于恒星質(zhì)量的黑洞來(lái)說(shuō)，這個(gè)溫度大約是十億分之一開(kāi)爾文，因此我們根本無(wú)法觀測(cè)。
參考資料
1.WJ百科全書(shū)
2.天文學(xué)名詞
3. BEN LEWIS- cosmosmagazine
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