2024年5月16日，英国牛津大学的研究人员在英国的《皇家天文学会月报》上发表了一篇文章，观测到了黑洞附近的辐射，这个辐射也就是暴跌区域的辐射。那我们需要解释一下什么是暴跌区域的辐射。

我们知道，在黑洞周围会有一个吸积盘，气体以螺旋的方式绕黑洞绕转，但对于一个黑洞而言，物质并非一直绕转着掉入黑洞的。物质会旋转着从外向内运动，到达一个被称之为叫做最内稳定圆轨道的地方后，物质就会变得不稳定，就会像瀑布一样，直接掉落到中心黑洞了，这块区域就被称之为“暴跌区域”。这块暴跌区域的大小，与黑洞的转动速度有关。转速小的，这块暴跌区域就大一些，转速快的，暴跌区域就小一些。

这是因为黑洞暴跌区域和稳定区域的临界半径，和黑洞的转动快慢之间有一个单调关系。通常而言，黑洞转速越快，这个半径越小，转速越慢，这个半径越大，也就是距离黑洞越远一些。所以这个临界半径也通常被用来测量黑洞转速的快慢。不过之前在测量黑洞转速的时候，我们通常都是忽略暴跌区域的辐射，一方面因为这块区域的辐射较小，对于黑洞自转的影响不大。另外一个方面，这个辐射很难用简单的理论计算。

根据爱因斯坦的广义相对论，任何物质一旦进入这个暴跌区域，就会迅速加速到接近光速，然后坠入黑洞。暴跌区域属于吸积盘的内部区域，在这个区域内，物质无法继续保持轨道运动，而是向黑洞中心坠落，就像河流突然变成瀑布。爱因斯坦的理论预言了这一现象，但由于观测困难，而且比较弱，所以暴跌区域的辐射长期未被直接观测到。

此次科学家通过观察一个距离地球约一万光年的双星系统MAXI J1820+070中的黑洞，首次确认了暴跌区域的存在。他们使用了美国加州理工学院发射的空间X射线望远镜，核光谱望远镜阵列NuSTAR来建立黑洞吸积盘的模型。研究发现，只有在模型中包含暴跌区域发出的光时，才能与实际观测数据吻合。这表明，在物质坠入黑洞之前的暴跌区域内仍有辐射发出，这些辐射为科学家提供了暴跌区域存在的证据。

当然需要强调的是，即使考虑了暴跌区域的辐射，对于自旋的测量影响是非常小的。不过，此次观测不仅仅是证明了这块区域的辐射存在，作者还提供了专门的代码方便之后的研究人员拟合这方面的贡献，所以为研究者提供了很大的便利性。如果大家感兴趣，可以去作者的网站上去下载。

虽然这个测量对于黑洞自旋的研究影响不大，但是这一研究对于黑洞研究具有一定的意义。确认暴跌区域的存在验证了爱因斯坦广义相对论的预言。此外，暴跌区域作为极端空间条件下的代表，有助于我们理解空间和时间的本质，推动对引力和空间结构的研究。

本文为科普中国·创作培育计划扶持作品

作者：苟利军 中国科学院国家天文台 研究员

审核：韩文标 中国科学院上海天文台 研究员

出品：中国科协科普部

监制：中国科学技术出版社有限公司、北京中科星河文化传媒有限公司

来源: 创作培育计划

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