科学家证实黑洞周围存在引力漩涡 30年谜题终于解开

黑洞周围的引力漩涡示意图。（图片来源：NASA）

据外媒报道，天文学家借助欧洲空间局（ESA）的X射线观测卫星（XMM—牛顿）和美国国家航空航天局（NASA）的核光谱望远镜阵列（NuSTAR），首次证实了黑洞周围存在引力漩涡，解开了困扰天文学家30多年的谜题，打开了未来研究爱因斯坦广义相对论的大门，将有助于科学家研究黑洞周围物质的运动。

“准周期振荡”与广义相对论预言的引力效应：曾遭质疑

当物质落入黑洞，它的温度会不断升高。当温度达到数百万度时，就会发射出X射线。早在上个世纪80年代，就有天文学家先驱通过早期X射线望远镜发现银河系黑洞发射的X射线在不停闪烁。这种闪烁是按照一定模式进行的，即闪烁时，变暗和再次变亮需要10秒。这种现象被称作“准周期振荡（QPO）”。

荷兰阿姆斯特丹大学的亚当•英格拉姆称：“这一发现引起了许多人的关注，因为它与黑洞息息相关。”英格拉姆2009年为准备博士论文，开始研究“准周期振荡”。

在上个世纪90年代，天文学家们认为“准周期振荡”与广义相对论所预言的引力效应（旋转的物体会激发一种引力漩涡）有关。

2004年，美国国家航空航天局发射引力探测器B，测量地球周围的兰斯-蒂林效应（是爱因斯坦在广义相对论中预言的一种处于转动状态的质量会对其周围的时空产生拖拽的现象，亦称参考系拖拽）。科学家通过缜密的分析，证实宇宙飞船每3300万年经历一个完整的岁差周期。

然而，在引力场更强大的黑洞周围兰斯-蒂林效应更加明显，天文学家们因而对“准周期振荡”的周期提出了怀疑。

英格拉姆及其同事于2009年发表了一篇论文，暗示“准周期振荡”与黑洞周围物质热流的兰斯-蒂林效应岁差有关。热流规模越小，就越接近黑洞，兰斯-蒂林效应岁差周期也就越短。如何证明这一观点呢？

科学家首次直接测量黑洞周围强引力场内物质的运动

英格拉姆和来自阿姆斯特丹、剑桥、杜伦、南安普顿以及东京的科学家对“准周期振荡”进行了长时期反复的观察。他们用XMM-牛顿卫星对H1743-322号黑洞发生的“准周期振荡”观察了26万秒，用NASA的核光谱望远镜阵列观察了7万秒。经过严密分析，他们发现铁Kα射线的振荡与广义相对论的预测一致。英格拉姆称：“我们直接测量了黑洞周围强引力场内物质的运动。”

这是科学家首次测量强引力场内的兰斯-蒂林效应。他们的发现已被发布在英国皇家天文学会的每月报告中。

为更有效地收集X射线，更大型的X射线望远镜将被用于“准周期振荡”的研究。未来，天文学家将可以借助此类望远镜对“准周期振荡”的更多细节进行探索。

欧洲空间局的XMM-牛顿卫星于1999年9月发射，是欧洲研发的最大的科学卫星。核光谱望远镜阵列是NASA于2012年6月13日发射的小型探测器。（彭文丽）

NASA核光谱望远镜阵列对黑洞进行观测示意图。（图片来源：NASA）