爱因斯坦关于物质坠入黑洞的方式是正确的

天文学家首次已经观察到一个在黑洞的边缘上的区域，在那里物质停止环绕并以接近光速直接坠入
新科学家 By Leah Crane
16 May 2024
Space

我们已经看到物质的瀑布坠入一个黑洞。Buradaki / Alamy Stock Photo

一个奇怪的围绕黑洞叫“坠入区域”的区域已经被首次发现。这个在那里物质停止绕黑洞旋转反而直接落入一个黑洞的区域被阿尔伯特•爱因斯坦的广义相对论预言，但以前它从未被观察到过。研究坠入区域可以教我们关于黑洞如何形成和演化，并揭示关于空时的基本性质的新信息。

当任何物质离一个黑洞太近时它撕裂开并形成一个围绕它的叫吸积盘的轨道环。广义相对论预测对吸积盘应该有一个内部边界，经过它没有任何东西能环绕黑洞——相反，它应该直接坠入，随它下落迅速加速到接近光速的速度。

牛津大学的安德鲁•穆默里说，“这就像一条河流变成一个瀑布一样，直到现在已经我们只观察这条河，如果爱因斯坦是错的，那么它就会一直稳定向下——只有一条河。现在我们已经第一次瞥见瀑布，提示爱因斯坦是正确的”。

穆默里和他的同事们围绕一个名为MAXI J1820 + 070的双星系统发现了围绕一个黑洞的坠入区域的证据，该系统距离地球约10000光年远。他们使用来自核光谱望远镜阵列（NuSTAR）的数据，这是一种基于太空的X射线望远镜，用于构建来自黑洞的吸积盘的光的模型。

他们发现了这些模型只拟合当它们包括了除来自吸积盘的光之外被坠入区域发射的光时的数据。新墨西哥州洛斯阿拉莫斯国家实验室的格雷格•萨尔维森（Greg Salvesen）说，“以前我们有点认为任何越过这个边界的东西在它坠入黑洞之前会没有时间真的明显的辐射”，因此研究人员什么也看不到。他没有参与这项工作。“但原来是这个坠入的区域会给你额外的已经意想不到的光线”。

这种额外的光可以解决一个X射线天文学中长期存在的问题，其中黑洞出现比理论预测的更快的旋转。一个黑洞的自旋和围绕它的区域的亮度被相连，因此增加一些额外的光可以带自旋回到与预测一致。萨尔维森说，“黑洞自旋告诉我们关于各种事情，因此如果我们能更好测量它，我们就可以回答天体物理学中的大量问题”。

这包括关于引力和空时本身的本质的问题，因为坠入区域是某些我们能观察到的最极端的空间区域之一。坠入区域正好在事件地平线之外，超出地平线引力是如此强大，没有物质甚至光能逃脱。.

穆默里说，“从技术上讲，如果物质有一个火箭，它可以逃离坠入区域，但它注定要失败 - 它的轨道已经变得不稳定，它正在迅速加速到光速，这些东西有瀑布边缘的水一样多的回来机会”。研究人员现在正试图对这些奇怪的宇宙瀑布做出更多的观察，以阐明这些超常区域的条件。
期刊参考：
Monthly Notices of the Royal Astronomical Society DOI: 10.1093/mnras/stae1160
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