黑洞實(shí)驗(yàn)研究否決20多年主流理論：大量論文或需重寫

　　北京時(shí)間9月14日消息，據(jù)國(guó)外媒體報(bào)道，一項(xiàng)最新研究可能會(huì)顛覆長(zhǎng)期以來(lái)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(guò)去的20年間，科學(xué)家們一直認(rèn)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(huì)被探測(cè)到，因?yàn)榭紤]到黑洞周圍的極端環(huán)境條件，這些鐵離子不會(huì)輻射光子。換句話說(shuō)，黑洞周圍可能出現(xiàn)這樣的情況：“雖然那里沒(méi)有觀測(cè)到光子，但是那里實(shí)際上可能存在著離子”。

　　然而，在實(shí)驗(yàn)室中利用世界上最強(qiáng)大的X射線裝置：美國(guó)桑迪亞國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的“Z機(jī)器”(Z machine)模擬黑洞周圍環(huán)境并開展長(zhǎng)達(dá)5年的驗(yàn)證工作之后，科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)實(shí)際情況或許并非如此。

　　黑洞研究是出了名的困難，因?yàn)樗車沫h(huán)境實(shí)在太過(guò)極端。但是借助世界最強(qiáng)大實(shí)驗(yàn)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(jìn)行細(xì)致觀察

　　在這項(xiàng)研究中，研究組發(fā)現(xiàn)長(zhǎng)期以來(lái)被廣泛接受的一項(xiàng)名為“共振俄歇破壞假設(shè)”的理論實(shí)際上似乎并未出現(xiàn)，這就意味著“如果那里沒(méi)有觀測(cè)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?yàn)樗車沫h(huán)境實(shí)在太過(guò)極端。但是借助世界最強(qiáng)大實(shí)驗(yàn)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(jìn)行細(xì)致觀察。否則，這樣的觀察只能在宇宙中對(duì)極其遙遠(yuǎn)的真實(shí)黑洞附近空間進(jìn)行。

　　桑迪亞國(guó)家實(shí)驗(yàn)室研究員，這項(xiàng)研究的第一作者格里姆·羅塞爾(Guillaume Loisel)指出：“當(dāng)然，我們無(wú)法觀測(cè)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(huì)形成一個(gè)圓盤狀，被稱作吸積盤。”物質(zhì)顆粒在這些吸積盤中會(huì)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(lái)標(biāo)識(shí)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(tái)才能測(cè)量這種源自黑洞周圍的X射線源的譜線。但即便這樣，這項(xiàng)技術(shù)也仍然是存在諸多限制的。

　　桑迪亞國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的論文合著者吉姆·貝利(Jim Bailey)說(shuō)：“問(wèn)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(hào)的理論模型此前卻從未在實(shí)驗(yàn)室中接受過(guò)檢驗(yàn)，直到現(xiàn)在。”

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

　　在這項(xiàng)研究中，科學(xué)家們對(duì)“共振俄歇破壞假設(shè)”(簡(jiǎn)稱“俄歇破壞”)理論進(jìn)行了首次理論檢驗(yàn)。該理論認(rèn)為，由于黑洞周圍的強(qiáng)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(lái)，而不是通過(guò)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(hào)的缺失，從而允許某些離子(比如鐵離子)的存在且不會(huì)在光譜數(shù)據(jù)中表現(xiàn)出來(lái)。

　　在實(shí)驗(yàn)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(jìn)行實(shí)驗(yàn)。硅元素在宇宙中相當(dāng)常見并且被認(rèn)為比鐵更容易發(fā)生俄歇破壞現(xiàn)象。

　　然而，實(shí)驗(yàn)結(jié)果是沒(méi)有觀察到有關(guān)現(xiàn)象。

　　羅塞爾表示：“如果俄歇破壞是事實(shí)，那么它應(yīng)該會(huì)在我們的實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)，因?yàn)槲覀儎?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(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，如果沒(méi)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(shuō)法，這也意味著長(zhǎng)期以來(lái)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(shuō)：“我們的結(jié)果對(duì)長(zhǎng)期以來(lái)用來(lái)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(xiàng)最新研究是目前對(duì)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(jìn)此前關(guān)于這一課題的認(rèn)識(shí)。

　　這項(xiàng)研究的另一位合著者，美國(guó)宇航局天體物理學(xué)家蒂姆·卡爾曼(Tim Kallman)表示：“桑迪亞實(shí)驗(yàn)室的結(jié)果是令人興奮的，因?yàn)檫@是迄今最為接近重現(xiàn)黑洞周圍環(huán)境的實(shí)驗(yàn)。”

　　羅塞爾則評(píng)價(jià)道：“另一種解釋的可能性是，或許高能鐵離子的譜線其實(shí)是存在的，只是在譜線判讀的時(shí)候出現(xiàn)了錯(cuò)誤。這是因?yàn)楹诙吹膹?qiáng)大引力場(chǎng)對(duì)于光譜會(huì)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(qiáng)大的引力環(huán)境的。”