科普征文
一些科學(xué)家認(rèn)為，由旋轉(zhuǎn)黑洞造成的時(shí)空扭曲在地球上是無法探測的。據(jù)《自然》雜志網(wǎng)站2月13日報(bào)道，一個(gè)天文學(xué)者和物理學(xué)家組成的國際研究小組發(fā)現(xiàn)，旋轉(zhuǎn)黑洞會在經(jīng)過其附近的電波上留下印記，可被當(dāng)今最靈敏的射電望遠(yuǎn)鏡探測到，從而能更多了解有關(guān)星系進(jìn)化的情況，并對愛因斯坦的廣義相對論進(jìn)行檢驗(yàn)。相關(guān)研究發(fā)表在近期出版的《自然·物理學(xué)》上。
廣義相對論認(rèn)為，大質(zhì)量目標(biāo)如黑洞會扭曲時(shí)空，使經(jīng)過它的光線路徑發(fā)生彎曲，這稱為引力透鏡效應(yīng)。根據(jù)這一理論預(yù)測，旋轉(zhuǎn)黑洞會將周圍時(shí)空向內(nèi)吸附生成一個(gè)漩渦，迫使附近所有物體包括光子，隨著它旋轉(zhuǎn)。天文學(xué)家目前已有間接的證據(jù)證明許多旋轉(zhuǎn)星系的核心都有一個(gè)超大質(zhì)量黑洞。比如銀河系，根據(jù)其內(nèi)部恒星的速度分布來看，它核心也應(yīng)該有一個(gè)旋轉(zhuǎn)黑洞。但這只是一個(gè)不確定的推斷，因?yàn)槿藗儾荒艽_切知道銀河系到底包含了多少物質(zhì)。有些人認(rèn)為黑洞旋轉(zhuǎn)得非�？�，而另一些認(rèn)為旋轉(zhuǎn)得很慢。
意大利帕多瓦大學(xué)天文學(xué)家法布里其奧·坦布里尼和同事認(rèn)為，可以通過測定黑洞附近光線變化的途徑，更直接地探測到旋轉(zhuǎn)黑洞。研究人員解釋說，無線電波的波陣面在星際空間傳播，以垂直于黑洞旋轉(zhuǎn)軸的方向接近黑洞時(shí)會被扭曲，半個(gè)波陣面將隨同其前面的時(shí)空方向運(yùn)動，另外半個(gè)波陣面以滯后的時(shí)空方向運(yùn)動，這會在空間中產(chǎn)生明顯的輻射相位(波峰和波谷的位置分布)，由此可以更精確地測定黑洞旋轉(zhuǎn)速度。
他們通過計(jì)算機(jī)模擬，構(gòu)建了銀河系黑洞的相位分布模型，竟然發(fā)現(xiàn)從地面上應(yīng)該能探測到黑洞的旋轉(zhuǎn)。研究人員說，如果在銀河系中心部署一個(gè)無線電望遠(yuǎn)鏡陣列，用不同的望遠(yuǎn)鏡觀察不同部分的漸進(jìn)波陣面，將這些部分互相疊加計(jì)算它們的'相對相位，應(yīng)該能探測到銀河系中心的黑洞。如果使用現(xiàn)有的無線電望遠(yuǎn)鏡陣列，如位于新墨西哥的甚長基線射電望遠(yuǎn)鏡陣列，兩年之內(nèi)將能算出黑洞周圍光子的分布相位。這是一個(gè)計(jì)劃中的由數(shù)千架天線構(gòu)成的平方公里陣列國際項(xiàng)目，計(jì)劃于2024年開始運(yùn)行，將對研究黑洞非常有用。
坦布里尼表示，對于宇宙中絕大部分大質(zhì)量目標(biāo)來說，這是“根本性的重要發(fā)現(xiàn)”，研究活躍星系核心的黑洞旋轉(zhuǎn)能加強(qiáng)天文學(xué)者對這些活躍黑洞的理解。由于這些黑洞的旋轉(zhuǎn)會加熱星系，從而可能改變它們的進(jìn)化。
德克薩斯大學(xué)天體物理學(xué)家理查德·麥茨納也認(rèn)為，測量黑洞能更好地理解黑洞附近的情況，如果觀察到坦布里尼小組研究的相位分布方式，可以為廣義相對論提供證據(jù)。如果沒有，可能意味著我們要去尋找另一種引力理論，或此前未曾發(fā)現(xiàn)的天體物理過程。
但他擔(dān)心目前的無線電望遠(yuǎn)鏡還不夠敏感，未必能滿足觀察要求。測量不僅要把空間中的極小部分繪制出來，還要能測量通過該部分的相位變化，這可能超出了超長基線無線電陣列的能力。而且，來自黑洞附近的輻射會非常亮，如那些X射線或伽馬射線頻率很高，不是普通光線或無線電波，用高頻儀器操作可能會更容易探測。他還指出，由于X射線和伽馬射線會被大氣吸收，可能還要發(fā)射一個(gè)新的太空基地觀測站.
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