爱因斯坦引力理论的又一次验证！

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翻译：王婧彧

校对：刘海牧 申振宇

审阅：李宜骅

美编：毫秒

后台：胡永崴

爱因斯坦引力理论的又一次验证！

黑洞吸食伴星的艺术想象图

图源：NASA/CXC/M. Weiss

最新的研究揭示了黑洞事件视界之外的物质被吸入黑洞的详细机制。

爱因斯坦的引力理论预言，环绕黑洞的物质会在某一点处停下并直线坠入黑洞，一去不复返。

现在，我们终于在一个活跃的黑洞的X射线数据中找到了这个“坠落区域”存在的证据。

来自英国牛津大学的理论物理学家安德鲁·穆莫瑞（Andrew Mummery）表示，“爱因斯坦的理论预言了这种最后的坠落存在，但这是我们首次证实它。想象一条前方是瀑布的河流——此前我们看到的只是河流，而这是我们第一次看到瀑布”。

被吸入黑洞的物质不是沿着直线运动的。它们环绕黑洞运动，就像水流螺旋环绕并流入下水口。这个类比十分贴切，实际上科学家们使用水的涡旋来研究黑洞周围的环境。

银河系示意图，MAXI J1820+070的位置用白色十字标注在图上。右上角小图展示了2018年钱德拉数据中闪烁的黑洞。

图源：NASA/CXC/Université de Paris/M. Espinasse et al./PanSTARRS

研究黑洞本身比较困难，因为它们周围时空的扭曲十分极端。但是几十年前，爱因斯坦的理论研究预言，在黑洞附近的某个位置，物质将不会继续按照稳定的圆形轨道运转，而是会直线坠入黑洞——就像水流过下水口的边沿一样。

我们没有理由不相信这个预言，因为物质需要穿过事件视界，而且爱因斯坦的引力理论经住了严格的检验。但是，天体物理学家不确定我们是否能探测到它。

穆莫瑞和其同事的研究分为几个部分。其中之一是建立数值模型来模拟坠落区域从而推测它会发出的光。之后，他们需要观测来证实。

目标黑洞位于一万光年外的MAXI J1820+070系统中。这个系统包含一个8.5倍太阳质量的黑洞和一个伴星。这个黑洞从互相绕转的伴星中吸积物质，并发出X射线。

天文学家一直在密切关注这个黑洞，所以研究人员能利用低轨的X射线NuSTAR和 NICER仪器得到关于这个黑洞的高质量数据，他们非常关注2018年的爆发。之前的研究注意到，这次爆发的观测中有无法解释的闪光。

2020年的一项研究猜测，这个闪光也许产生在最内侧的圆形轨道区域——也就是坠落区域。穆莫瑞和其同事重点研究了这个闪光，并发现它与模型模拟的辐射结果一致。研究人员认为，这终于无可置疑地验证了坠落区域的存在，让我们得以探测到黑洞事件视界外侧区域的极端引力环境。

穆莫瑞说到，“真正令人激动的是，银河系里有那么多的黑洞，而我们现在有了利用它们来研究已知最强引力场的技术。我们相信这意味着黑洞研究的一个新进展，它能使我们研究其周围的区域，只有这样我们才能完全了解引力。等离子体在黑洞的边缘并最终坠入其中，并展示了物质在最强的引力下的反应。”

这项研究发表在了《皇家天文学会月刊》上。

责任编辑：杨伯顺

『天文湿刻』 牧夫出品

光线在引力场作用下发生弯折

图源： NASA, ESA, STScI, Joseph Olmsted

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