【宇宙風暴】逃離黑洞!科學家發現一團物質擺脫了黑洞的控制,速度接近光速

天空之城 2021/02/17 檢舉 我要評論
 

哇!真的第一次見哎,知識不會,衹是姿勢不對;科學凡此種種,用人話講才能聽懂

文/天空之城

 

可能會有人認為,一個物體如果被黑洞的引力捕獲,就再也不可能逃離,其實這是不正確的。實際上,黑洞的質量是有限的,並且幾乎全部集中位於黑洞中心的「奇點」上,根據萬有引力定律,物體距離「奇點」越近,其受到的引力就越大,而當物體與「奇點」的距離縮短到一個臨界值的時候,黑洞的引力就強大到連光也無法逃離。

這個臨界值被稱為「史瓦西半徑」,以它作為半徑,「奇點」為中心的球體表面,就被稱為黑洞的「事件視界」,也就是說,就算一個物體被黑洞的引力捕獲,只要這個物體與「奇點」之間的距離大於「史瓦西半徑」,它就有機會逃離黑洞!

需要指出的是,以上所述並非僅限於理論,其實科學家已經觀測到了這種現象,2021年2月15日,《自然通訊》發表的一項科研成果顯示,研究表明,11300光年外的一個黑洞邊緣,有一團物質正在高速逃離,具體是怎麼回事呢?下面我們就來瞭解一下。

發現一團物質擺脫了黑洞的控制,速度接近光速

在11300光年外,有一個被稱為「MAXI J1820+070」的黑洞雙星系統,該系統由一個8倍太陽質量的黑洞和一顆0.5倍太陽質量的恒星組成,在過去的日子裡,這個黑洞一直在吞噬其附近的那顆恒星。2018年3月11日,「MAXI J1820+070」突然爆發,中國的「慧眼」衛星隨即對其進行了長時間、高頻次地觀測。

(注:「慧眼」衛星於2017年6月15日發射升空,它能夠進行高空間解析度、高靈敏度以及寬波段的X射線觀測,同時還能夠進行高靈敏度的伽馬射線暴全天監視)

在對「慧眼」衛星收集到的海量觀測資料進行分析之後,科學家團隊發現,該系統的「低頻准週期振盪」的能量極高,比之前觀測的能量上限幾乎高了1個數量級,並據此初步確定了這種現象應該來自於「黑洞噴流」。

「低頻准週期振盪」和「黑洞噴流」是什麼?

在黑洞吞噬恒星的過程中,黑洞的引力不斷地將恒星上的物質「撕扯」下來,這些物質會沿著一個螺旋狀的軌道向黑洞靠近,距離黑洞越近,它們的速度就越快,以至於在黑洞的邊緣(「事件視界」以外),這些物質都以極快的速度圍繞著黑洞旋轉,從而形成一個類似圓盤形的構造,這被稱為黑洞的「吸積盤」。

「吸積盤」中的物質早已被巨大的潮汐力撕成原子甚至亞原子粒子,由於速度和方向並不完全一致,它們的溫度會因為劇烈的摩擦而迅速提升,當溫度提升到一定的程度時,「吸積盤」中的物質就會釋放出大量的X射線,而由於受到相對論效應的影響,這些X射線的波長會按照一定模式進行變化,從而造成一種「閃爍」現象,這種現象就被稱為「低頻准週期振盪」。

通過對「低頻准週期振盪」能量的觀測,科學家就可以分析出黑洞「吸積盤」中的物質運動的激烈程度,而如果「低頻准週期振盪」的能量過高,就代表著黑洞的「吸積盤」發生了破裂,在這種情況下,「吸積盤」中的一部分物質就會擺脫黑洞的控制,並以接近光速的速度,高速逃離黑洞的引力束縛。

而由於黑洞擁有強大的磁場,而「吸積盤」中的物質又是帶電粒子,因此這部分逃離黑洞的物質會在黑洞磁場的束縛下,沿著黑洞的兩極洶湧而出,看上去就像是從黑洞中噴出的物質流一樣,所以這種現象被稱為「黑洞噴流」。

進一步研究

在這個黑洞「吸積盤」的內區附近,科學家發現了一團超高溫等離子體物質,這被稱為「冕」,在黑洞的引力作用下,這團物質正在不斷地向黑洞靠近。

根據廣義相對論,離黑洞的「奇點」越近,時空彎曲效應就越明顯,因此當「冕」越靠近黑洞,吸積盤相對於「冕」的張角越大,在這種情形下,「冕」輻射出的X射線光子對吸積盤的照射也就應該相應地增強。

然而觀測資料顯示的實際情況卻恰恰相反,對於這種現象,最合理的解釋就是,在靠近黑洞的過程中,「冕」中的一部分物質正在以接近光速的速度逃離黑洞,而進一步研究則發現,「冕」的尺度越小,其中的物質逃離黑洞的速度就越快。

除此之外,科學家通過對「慧眼」衛星收集到的能譜資料的分析,也發現了該黑洞附近存在著速度接近光速的等離子體物質流及其速度的變化。

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