超級(jí)計(jì)算機(jī)模擬或能解開(kāi)粒子從黑洞中逃脫之謎

　　北京時(shí)間2月19日消息，據(jù)國(guó)外媒體報(bào)道，黑洞的引力強(qiáng)大到連光線都無(wú)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(shí)，還會(huì)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(huì)開(kāi)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(duì)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(wú)人清楚這些粒子的能量究竟從何而來(lái)。但一項(xiàng)由美國(guó)加州勞倫斯·伯克利國(guó)家實(shí)驗(yàn)室(LBNL)開(kāi)展的新研究為這一過(guò)程提供了一些新線索。

　　“黑洞旋轉(zhuǎn)過(guò)程中的能量是如何被提取出來(lái)、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(guò)程的凱爾·帕弗雷(Kyle Parfrey)指出，“這是一個(gè)存在已久的問(wèn)題?！迸粮ダ兹缃袷荖ASA戈達(dá)德太空飛行中心的一名高級(jí)研究員。

　　為回答這一問(wèn)題，帕弗雷及其團(tuán)隊(duì)開(kāi)展了一系列超級(jí)計(jì)算機(jī)模擬，“結(jié)合數(shù)十年來(lái)的理論，為等離子流從黑洞的強(qiáng)大引力場(chǎng)中竊取能量、并遠(yuǎn)遠(yuǎn)逃離黑洞血盆大口的驅(qū)動(dòng)機(jī)制提供新線索”。換句話說(shuō)，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(guò)扭曲磁場(chǎng)形成噴流，另一條則解釋了通過(guò)‘有去無(wú)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(gè)黑洞的旋轉(zhuǎn)動(dòng)能?！痹搶?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(huì)不增反減。”

　　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(ài)因斯坦廣義相對(duì)論相融合。計(jì)算機(jī)模擬不僅要解決粒子的加速問(wèn)題、以及相對(duì)論噴流的光線從何而來(lái)的問(wèn)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(lái)的。答案是通過(guò)高能光子撞擊，如伽馬射線等。這一過(guò)程名叫“對(duì)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(méi)有太大區(qū)別，從某種意義上來(lái)說(shuō)，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(lái)、相對(duì)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(huì)有所減少?！?/p>

　　不過(guò)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(guò)落入黑洞獲取的能量足以與磁場(chǎng)扭曲獲取的能量相當(dāng)”。潘納指出，“這一點(diǎn)還需要開(kāi)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(duì)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(hào)望遠(yuǎn)鏡等設(shè)備的觀測(cè)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(dòng)情況也納入其中。

　　“我們希望能對(duì)整個(gè)問(wèn)題給出更持續(xù)統(tǒng)一的描述。”