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物质坠入黑洞。图片来源：Buradaki

本报讯 研究人员首次发现了黑洞周围一个被称为“吸入区”的神秘区域。爱因斯坦的广义相对论曾预言这个区域，在这里，物质不再围绕黑洞旋转，而是直接落入其中，但之前从未观测到。相关论文5月16日发表于英国《皇家天文学会月刊》。

研究“吸入区”可以使人们获得更多黑洞形成和演化的认知，同时也揭示了关于时空基本性质的新信息。

无论任何物质，当太靠近黑洞时就会被撕裂，并在后者周围形成一个名为吸积盘的轨道环。广义相对论预测，吸积盘应该有一个内部边界，一旦越过这个边界，没有任何物质能够继续绕黑洞运行，相反，它应该直接坠入黑洞，并且在下落的过程中迅速加速到接近光速。

“这就像一条河流变成了瀑布，但在此之前，我们只看到了这条河流。”英国牛津大学的Andrew Mummery说，“如果爱因斯坦是错的，那么这条河流会一直稳定下去。然而现在我们第一次看到了瀑布，这表明爱因斯坦是正确的。”

Mummery和同事在一个双星系统中的黑洞周围发现了“吸入区”的证据。这个名为MAXI J1820+070的双星系统距离地球约1万光年。他们使用美国太空X射线望远镜——核光谱望远镜阵列（NuSTAR）的数据，建立了来自黑洞吸积盘的光模型。

研究人员发现，除了包括吸积盘发出的光外，只有同时还包括“吸入区”物质发出的光时，这个模型才与数据相符合。

没有参与这项工作的美国洛斯阿拉莫斯国家实验室的Greg Salvesen说：“以前我们认为，任何越过这个边界的物质在坠入黑洞之前，都没有时间发出真正明显的辐射，所以研究人员什么也看不到。但事实证明，这个急剧下落的区域会给你带来意想不到的额外光线。”

这种额外的光线可以解决X射线天文学中一个长期存在的问题，即黑洞的自转速度似乎比理论预测的要快。黑洞自转与其周围区域的亮度是相互关联的，因此增加一些额外的光可以使自转速度与预测一致。

Salvesen说：“黑洞自转告诉人们各种各样的事情，如果能够更好地测量它，我们就可以回答天体物理学中的许多问题。”

这其中包括引力和时空本质的问题，因为“吸入区”是人们可以观察到的宇宙空间中最极端的区域之一。它刚好在视界之外，而视界之外的引力是如此之强，任何物质，甚至是光都无法逃脱。

“从技术上讲，如果该物质搭乘一枚火箭，就可以逃离这个急剧下落的‘吸入区’，但它注定要被毁灭，因为其轨道已经变得不稳定，并迅速加速到接近光速。”Mummery说，“这些物质回来的可能性等同于瀑布边缘的水倒流。”

现在，研究人员正试图对这些奇怪的“宇宙瀑布”进行更多观察，以阐明这一非凡区域的情况。（王方）

相关论文信息：

http://doi.org/10.1093/nras/stae1160