黑洞實驗研究否決20多年主流理論：大量論文或需重寫

　　北京時間9月14日消息，據(jù)國外媒體報道，一項最新研究可能會顛覆長期以來人們關(guān)于物質(zhì)在被黑洞吞噬之前行為的描述理論。

　　在過去的20年間，科學(xué)家們一直認為在黑洞周圍的吸積盤中可以存在某些處于不同程度電離狀態(tài)的鐵原子，但光譜中不會被探測到，因為考慮到黑洞周圍的極端環(huán)境條件，這些鐵離子不會輻射光子。換句話說，黑洞周圍可能出現(xiàn)這樣的情況：“雖然那里沒有觀測到光子，但是那里實際上可能存在著離子”。

　　然而，在實驗室中利用世界上最強大的X射線裝置：美國桑迪亞國家實驗室的“Z機器”(Z machine)模擬黑洞周圍環(huán)境并開展長達5年的驗證工作之后，科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)實際情況或許并非如此。

　　黑洞研究是出了名的困難，因為它周圍的環(huán)境實在太過極端。但是借助世界最強大實驗室輻射光源系統(tǒng)的幫助，科學(xué)家們能夠重現(xiàn)黑洞附近X射線的情況并進行細致觀察

　　在這項研究中，研究組發(fā)現(xiàn)長期以來被廣泛接受的一項名為“共振俄歇破壞假設(shè)”的理論實際上似乎并未出現(xiàn)，這就意味著“如果那里沒有觀測到光子，那么那里應(yīng)該也不存在離子”。

　　黑洞研究是出了名的困難，因為它周圍的環(huán)境實在太過極端。但是借助世界最強大實驗室輻射光源系統(tǒng)的幫助，科學(xué)家們能夠重現(xiàn)黑洞附近X射線的情況并進行細致觀察。否則，這樣的觀察只能在宇宙中對極其遙遠的真實黑洞附近空間進行。

　　桑迪亞國家實驗室研究員，這項研究的第一作者格里姆·羅塞爾(Guillaume Loisel)指出：“當然，我們無法觀測到黑洞直接產(chǎn)生的輻射。我們觀察到的是黑洞周圍物質(zhì)在下落到黑洞之前產(chǎn)生的輻射。這些物質(zhì)在螺旋下落前會形成一個圓盤狀，被稱作吸積盤。”物質(zhì)顆粒在這些吸積盤中會出現(xiàn)劇烈的相互摩擦升溫并產(chǎn)生劇烈的X射線輻射，這種輻射的存在常常被天文學(xué)界用來標識黑洞的位置。

　　但一般情況下，科學(xué)家們都需要借助軌道天文臺才能測量這種源自黑洞周圍的X射線源的譜線。但即便這樣，這項技術(shù)也仍然是存在諸多限制的。

　　桑迪亞國家實驗室的論文合著者吉姆·貝利(Jim Bailey)說：“問題在于，黑洞周圍產(chǎn)生X射線輻射的等離子體性質(zhì)是非常特殊的，而我們用于解譯其光譜信號的理論模型此前卻從未在實驗室中接受過檢驗，直到現(xiàn)在。”

　　在這項研究中，研究組發(fā)現(xiàn)長期以來被廣泛接受的一項名為“共振俄歇破壞假設(shè)”的理論實際上似乎并未出現(xiàn)

　　在這項研究中，科學(xué)家們對“共振俄歇破壞假設(shè)”(簡稱“俄歇破壞”)理論進行了首次理論檢驗。該理論認為，由于黑洞周圍的強引力環(huán)境以及劇烈的高溫輻射，鐵原子中的電子將變成“自由電子”被“解放”出來，而不是通過輻射光子的方式降低能量回到原始能態(tài)。

　　俄歇破壞理論能夠很好地解釋黑洞周圍吸積盤中某些光子信號的缺失，從而允許某些離子(比如鐵離子)的存在且不會在光譜數(shù)據(jù)中表現(xiàn)出來。

　　在實驗中，科學(xué)家們重新黑洞附近的輻射環(huán)境并用硅代替鐵進行實驗。硅元素在宇宙中相當常見并且被認為比鐵更容易發(fā)生俄歇破壞現(xiàn)象。

　　然而，實驗結(jié)果是沒有觀察到有關(guān)現(xiàn)象。

　　羅塞爾表示：“如果俄歇破壞是事實，那么它應(yīng)該會在我們的實驗中出現(xiàn)，因為我們創(chuàng)設(shè)了相似的環(huán)境，同樣的柱密度，同樣的溫度。我們的實驗結(jié)果顯示，如果沒有觀察到光子，那么那里離子也并不存在。”

　　根據(jù)羅塞爾的說法，這也意味著長期以來基于俄歇破壞理論撰寫的很多科研論文可能將需要“重新考慮”。他說：“我們的結(jié)果對長期以來用來推斷黑洞吞噬周圍星體與物質(zhì)的理論模型提出了挑戰(zhàn)。”

　　研究人員表示，這項最新研究是目前對于黑洞周圍環(huán)境的最精確模擬。這將幫助科學(xué)家們更好理解黑洞周圍空間內(nèi)物質(zhì)的行為模式并改進此前關(guān)于這一課題的認識。

　　這項研究的另一位合著者，美國宇航局天體物理學(xué)家蒂姆·卡爾曼(Tim Kallman)表示：“桑迪亞實驗室的結(jié)果是令人興奮的，因為這是迄今最為接近重現(xiàn)黑洞周圍環(huán)境的實驗。”

　　羅塞爾則評價道：“另一種解釋的可能性是，或許高能鐵離子的譜線其實是存在的，只是在譜線判讀的時候出現(xiàn)了錯誤。這是因為黑洞的強大引力場對于光譜會造成比較顯著的影響，要知道光子在那樣的環(huán)境下是很難擺脫如此強大的引力環(huán)境的。”