超級計(jì)算機(jī)模擬或能解開粒子從黑洞中逃脫之謎

　　北京時間2月19日消息，據(jù)國外媒體報(bào)道，黑洞的引力強(qiáng)大到連光線都無法逃脫。但假如是亞原子粒子的話，還是有一種方法可以從黑洞中逃脫的。

　　黑洞在吞噬周圍物質(zhì)的同時，還會噴吐出熾熱的、由電子和正電子構(gòu)成的強(qiáng)大等離子噴流。而就在這些“幸運(yùn)兒”抵達(dá)事件視界的一瞬間，它們會開始加速運(yùn)行，達(dá)到接近光速的程度，最終像炮彈一般沖出事件視界，沿著黑洞自轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)著向外飛去。

　　這些強(qiáng)大的粒子流被稱作“相對論噴流”，我們可以用望遠(yuǎn)鏡觀察到它們發(fā)出的光線。雖然天文學(xué)家早在幾十年前就觀察到了這些噴流，但無人清楚這些粒子的能量究竟從何而來。但一項(xiàng)由美國加州勞倫斯·伯克利國家實(shí)驗(yàn)室(LBNL)開展的新研究為這一過程提供了一些新線索。

　　“黑洞旋轉(zhuǎn)過程中的能量是如何被提取出來、形成噴流的?”在該實(shí)驗(yàn)室擔(dān)任博士后研究員期間領(lǐng)導(dǎo)黑洞模擬過程的凱爾·帕弗雷(Kyle Parfrey)指出，“這是一個存在已久的問題?！迸粮ダ兹缃袷荖ASA戈達(dá)德太空飛行中心的一名高級研究員。

　　為回答這一問題，帕弗雷及其團(tuán)隊(duì)開展了一系列超級計(jì)算機(jī)模擬，“結(jié)合數(shù)十年來的理論，為等離子流從黑洞的強(qiáng)大引力場中竊取能量、并遠(yuǎn)遠(yuǎn)逃離黑洞血盆大口的驅(qū)動機(jī)制提供新線索”。換句話說，他們是想研究黑洞的極大引力如何能賦予粒子如此多的能量、使其能夠從黑洞中發(fā)射出去。

　　“計(jì)算機(jī)模擬結(jié)果首次將兩條側(cè)重點(diǎn)不同的理論統(tǒng)一在了一起：一條解釋了黑洞周圍的電流如何通過扭曲磁場形成噴流，另一條則解釋了通過‘有去無回’的事件邊界的粒子在遠(yuǎn)處的觀察者眼中如何帶有負(fù)能量、從而降低整個黑洞的旋轉(zhuǎn)動能。”該實(shí)驗(yàn)室解釋道，“這就像所謂的‘負(fù)卡路里’零食一樣。黑洞吞噬這些‘負(fù)能量’粒子之后，質(zhì)量其實(shí)會不增反減?！?/p>

　　帕弗雷表示，他將兩套理論結(jié)合在一起，是試圖將普通等離子體物理學(xué)與愛因斯坦廣義相對論相融合。計(jì)算機(jī)模擬不僅要解決粒子的加速問題、以及相對論噴流的光線從何而來的問題，還需要解釋其中的正電子和電子究竟是如何被創(chuàng)造出來的。答案是通過高能光子撞擊，如伽馬射線等。這一過程名叫“對產(chǎn)生”(pair production)，能夠?qū)⒐廪D(zhuǎn)化為物質(zhì)。

　　“此次新模擬結(jié)果與之前的模擬并沒有太大區(qū)別，從某種意義上來說，這令人放心了一些。”哥倫比亞大學(xué)理論天體物理學(xué)中心的研究科學(xué)家羅伯特·潘納(Robert Penna)表示?！暗粮ダ椎热艘沧龀隽艘恍┯幸馑嫉男掳l(fā)現(xiàn)。例如，他們發(fā)現(xiàn)了大量從遠(yuǎn)離黑洞的觀察者看來、相對論能量為負(fù)的粒子。這些粒子落入黑洞后，黑洞的總能量就會有所減少?！?/p>

　　不過他們的發(fā)現(xiàn)有一點(diǎn)令人意外之處。帕弗雷所做模擬顯示，流入黑洞的負(fù)能量粒子非常多，“以致于它們通過落入黑洞獲取的能量足以與磁場扭曲獲取的能量相當(dāng)”。潘納指出，“這一點(diǎn)還需要開展進(jìn)一步工作才能證實(shí)。但假如負(fù)能量粒子的影響真如模擬所示這般強(qiáng)大，我們對黑洞噴流輻射頻譜的預(yù)期也將因此改變?！?/p>

　　帕弗雷和他的團(tuán)隊(duì)計(jì)劃將此次模擬結(jié)果與新視野號望遠(yuǎn)鏡等設(shè)備的觀測結(jié)果進(jìn)行比較，從而進(jìn)一步改進(jìn)自己的模型。他們還計(jì)劃擴(kuò)寬模擬范圍，將事件視界周圍落入黑洞的物質(zhì)的流動情況也納入其中。

　　“我們希望能對整個問題給出更持續(xù)統(tǒng)一的描述?！?/p>