首次证明太空中黑洞周围存在暴跌区域

由牛津大学物理学研究人员领导的国际研究小组证实了爱因斯坦关于黑洞的一个关键预测是正确的。他们的研究利用X射线数据来检验爱因斯坦的引力理论，首次提供了观测证据，证明黑洞周围存在一个“坠落区”：物质不再绕黑洞旋转，而是直接坠落。此外，研究小组还发现，该区域施加了迄今为止在银河系中发现的最强引力。研究结果发表在《皇家天文学会月刊》上。

这项新发现是牛津大学物理系天体物理学家对黑洞未解之谜进行广泛研究的一部分。这项研究重点研究距离地球较近的小型黑洞，使用从美国宇航局太空核光谱望远镜阵列(NuSTAR)和中子星内部成分探测器(NICER)收集的X射线数据。今年晚些时候，作为欧洲计划的一部分，第二个牛津团队希望更进一步，录制更大、更远的黑洞的首批视频。

与牛顿引力理论不同，爱因斯坦的理论认为，粒子在足够靠近黑洞的地方不可能安全地沿着圆形轨道运行。相反，它们会以接近光速的速度迅速“冲向”黑洞。牛津大学的研究首次深入评估了这一区域，利用X射线数据更好地了解黑洞产生的力量。

“这是首次观察到恒星外缘剥离的等离子体如何最终落入黑洞中心，这一过程发生在距离我们约一万光年的星系中，”领导这项研究的牛津大学物理学家安德鲁·马默里博士说。“真正令人兴奋的是，星系中有许多黑洞，我们现在有了一种强大的新技术，可以利用它们来研究已知最强的引力场。”

“爱因斯坦的理论曾预言过这种最终的暴跌会存在，但这是我们第一次能够证明它的发生，”马默里博士继续说道。“想象一下一条河流变成瀑布的过程——到目前为止，我们一直在观察这条河流。这是我们第一次看到瀑布。”

“我们相信这代表了黑洞研究领域一个令人兴奋的新进展，使我们能够研究黑洞周围的最后区域。只有这样，我们才能完全理解引力，”马默里补充道。“等离子体的最后一次倾泻发生在黑洞的边缘，表明物质以最强的形式对引力作出反应。”

天体物理学家一直在努力了解黑洞表面附近会发生什么，他们通过研究围绕它们旋转的物质盘来做到这一点。时空中有一个最终区域，称为坠落区，在这个区域，物质最终坠入黑洞是无法阻止的，周围的流体实际上注定会毁灭。

几十年来，天体物理学家一直在争论所谓的暴跌区域是否可以被探测到。牛津团队在过去几年中一直在为其开发模型，并在刚刚发表的研究中展示了利用X射线望远镜和国际空间站数据首次确认的探测结果。

虽然这项研究的重点是靠近地球的小型黑洞，但来自牛津大学物理学院的第二个研究小组参与了欧洲一项建造新望远镜的计划，即非洲毫米望远镜，这将大大提高我们直接拍摄黑洞图像的能力。目前已经获得了超过1000万欧元的资金，其中一部分将用于资助纳米比亚大学首批几名天体物理学博士，他们将与牛津物理大学团队密切合作。

预计新望远镜将首次能够观测和拍摄我们银河系中心以及更远地方的大型黑洞。与小型黑洞一样，大型黑洞预计也会有一个所谓的“事件视界”，在黑洞旋转时，它会将太空中的物质以螺旋状拖向中心。这些代表着几乎难以想象的能量来源，研究小组希望首次观察并拍摄它们的旋转。

研究成果《黑洞盘坠落区域内的连续发射》已发表在《天文学会月刊》上。

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