中国科研团队拼上黑洞吸积理论最后一块拼图

原标题:中国研究小组整理了黑洞积聚理论的最后一部分

即使黑洞看上去像甜甜圈一样普通,它仍然是世界上最神秘,最引人注目的物体之一。

不久前,学术期刊《自然》在线发布了由中国极地研究中心,中国科学院国家天文台和中国科学技术大学联合开展的黑洞研究的重要成果。中国及国内外多家科研院所和大学。《供给类星体超大质量黑洞吸积盘燃料的核区快速内流》。

是的,这项研究与其标题一样令人难以理解。简而言之,中国科研团队的贡献是为重要的黑洞理论即吸积理论寻找真正的观测证据。

“银河系是宇宙中的基本单位。天文学家认为,几乎所有星系的中心都存在超大质量黑洞。大多数星系中的超大质量黑洞是'安静的';某些星系中的超大质量黑洞是“活跃”“有大量的气体流入黑洞,形成发光的吸积盘。该星系中心的亮度远远超过该星系的整体平均亮度。我们称该星系为类星体。”论文的作者之一,来自南极天文学研究室的中国极地研究中心副教授姜鹏介绍了这一情况。

黑洞为什么会变黑?因为它具有很高的质量和重力,所以它就像“吞咽的嘴巴”,即使光线也无法逃脱。但是“类星体是宇宙中最明亮的物体之一,在遥远的星系中具有巨大的发光能力。”

类星体为什么明亮?黑洞积聚理论认为是因为银河系气体降落到距黑洞约一光年的位置。由于黑洞的强大重力和高速旋转,形成了盘状气流,即吸积盘。吸积盘中的气体与高速碰撞发生碰撞并变得极热,释放出相当于太阳亮度数百亿倍的能量。发光远超过整个星系,因此人们看到像甜甜圈一样的明亮环。

但这只是一个理论模型。以前没有人见过有气体流入黑洞积聚盘,因此,不确定究竟是什么在为发光的“甜甜圈”加油。科学家甚至还不确定半径约10,000光年至100,000光年的巨大星系中的星际物质是否能够准确地找到黑洞的位置并精确地沿该方向流动。 “这个难度大体上是等效的。数百步戴着杨铜币。”姜鹏幽默地说。

不久前,江鹏的团队观察了气体流入吸积盘的过程,发现了重要的证据来证明黑洞吸积理论,这使该理论成为最后一个难题。

他介绍说,气体流入吸积盘的原因很难证明。最大的困难之一是“黑洞距离我们太远,无法清晰看到。”他们研究的黑洞之一是距地球约125亿光年。针对这一问题,研究小组率先提出了利用宇宙中最丰富的氢和氦元素的光谱吸收线特征来跟踪气流的方法。

通过光谱法追踪氢和氦,他们发现气体正向观察者移动,并流入银河系的核,即黑洞的方向。并且速度继续从每秒0公里增加到5000公里,这表明气体在黑洞的引力作用下不断加速。 “ 5000 km/s对应于吸积盘外边界上黑洞重力的自由下落速度。从运动学上可以直接证实气体确实已经到达吸积盘。”江鹏解释。

因此,该团队已使用氢和氦吸收线对黑洞的积聚和流出过程进行了10年的研究,并取得了一系列成果。在他们搜索的100,000多个类星体中,有8个向他们展示了这一过程。 “由于这种气流进入视线对准的可能性很小,因此只有当宇宙在我们眼前显示此过程时,我们才能看到它。但这足以验证是否有气体流入吸积盘,可以说是“从0突破到1”,”他说。

“暗物质,暗能量,黑洞,宇宙起源,天体起源,生命起源,被统称为'两个黑暗与一个黑色三个起源',是最重要的基础科学问题。”姜鹏告诉记者,黑洞相关研究取得重大突破的一个重要原因是人类一直在探索其起源。

一个普通人和一个黑洞之间有什么关系?

江鹏说,从宇宙的进化到星系的进化,再到地球的进化,生命的起源,都是密不可分的。从这个链条可以看出,星系的演化是连接人类和宇宙的必经之路。在星系演化过程中,黑洞与星系的相互作用(包括物质和能量交换,包括黑洞的积聚和流出过程)是极其重要的环节。 “我们所生活的银河系中心还有一个黑洞。如果它活跃,我们将无法生存。”

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中国研究小组整理了黑洞积聚理论的最后一部分

2019-09-23 09:19

来源:中国新闻网陕西新闻

原标题:中国研究小组整理了黑洞积聚理论的最后一部分

即使黑洞看上去像甜甜圈一样普通,它仍然是世界上最神秘,最引人注目的物体之一。

前不久,学术期刊《自然》杂志在线发表了中国极地研究中心、中国科学院国家天文台和中国科学技术大学联合国内外多家科研单位和高校共同完成的一项黑洞研究重要成果,论文题为《供给类星体超大质量黑洞吸积盘燃料的核区快速内流》。

是的,这项研究就像它的标题一样高深莫测。简单来讲,我国科研团队此次的贡献在于,为一项重要的黑洞理论——吸积理论找到了实实在在的观测证据。

“星系是宇宙中的基本单元,天文学家认为几乎所有星系中心都存在超大质量黑洞。大多数星系中的超大质量黑洞是'宁静'的;而有些星系中的超大质量黑洞是'活动'的,有大量气体向黑洞流动形成发光的吸积盘,这种星系中心的亮度远超过星系总体平均亮度,我们称这种星系为类星体。”该论文的作者之一、中国极地研究中心南极天文学研究室姜鹏副研究员介绍。

黑洞为什么黑?因为它质量极大、引力极大,就像一个“吞噬之口”,连光都逃不掉。但“类星体是宇宙中最明亮的天体之一,是遥远星系中的剧烈发光现象”。

类星体为什么亮?黑洞吸积理论认为,那是因为星系气体下落到距离黑洞约1光年的位置时,由于黑洞的强大引力和高速转动会形成盘状气体流,也就是吸积盘。吸积盘中的气体高速碰撞摩擦,变得极其炽热,释放出相当于万亿倍太阳亮度的能量,发光远远超过了整个星系,因此人们就看到了像甜甜圈似的亮环。

但这仅仅是一个理论模型,此前没有人亲眼看到气体流入黑洞吸积盘,因此也不能确定到底是什么给发光的“甜甜圈”源源不断地提供燃料。科学家们甚至不确定,分布在半径约一万光年到10万光年左右的广阔星系中的星际物质是否能够准确地找到黑洞所在地,并且精准地朝着这个方向流动,“这个难度大概相当于百步穿杨射铜钱。”姜鹏幽默地比喻道。

而前不久,姜鹏所在团队观测到了气体流入吸积盘的过程,找到了证明黑洞吸积理论的重要证据,给这一理论拼上了最后一块拼图。

他介绍,气体流入吸积盘之所以难以被证实,其中一个最大的困难就是“黑洞离我们太远,看不清”。他们研究的黑洞之一,距离地球约125亿光年。针对这个问题,这一团队率先提出了利用宇宙中最为丰富的氢和氦元素的光谱吸收线特征来追踪气流的方法。

通过光谱追踪氢和氦元素,他们发现,气体正背向观测者运动流入星系核区,也就是黑洞方向。并且速度由0持续增加到了5000公里每秒,这表明气体受黑洞引力作用持续加速下落。“5000公里每秒对应着吸积盘外边界处黑洞引力的自由落体速度,从运动学直接证实气体确实达到了吸积盘。”姜鹏解释。

据介绍,该团队利用氢和氦元素吸收线开展对黑洞吸积和外流过程的研究已有10年,取得了一系列成果,在他们搜索的超过10万个类星体中,有8个向他们展示了这个过程。“由于这种气体流进入我们视线准直方向的几率非常小,只有宇宙把这一过程展示在我们眼前时,我们才可能看见。不过这已足够验证确实有气体流入吸积盘,可以说是'由0到1'的突破。”他说。

“暗物质、暗能量、黑洞、宇宙起源、天体起源、生命起源,合称'两暗一黑三起源',是最重大的基础性科学问题。”姜鹏告诉记者,黑洞相关研究的重大突破之所以备受瞩目,一个重要的原因就是人类永远都在探究自己的起源。

一个普通人和黑洞有什么关系?

姜鹏说,从宇宙演化到星系演化,再到地球演化、生命起源,是一条不可分割的链条。在这个链条上可以看出,星系演化是连接人类和宇宙的必经桥梁。在星系演化的过程中,黑洞和星系的相互作用——包括黑洞吸积和外流过程在内的物质、能量交换等,是极其重要的环节。“我们所居住的银河系中心也有一个黑洞,如果它活动起来,我们应该无法生存”。

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