神祕亞原子微粒如何逃離黑洞？超級計算機找到答案
超級計算機視覺化模擬了正電子在旋轉黑洞附近的行為特徵
新浪科技訊 北京時間2月11日訊息，據國外媒體報道，黑洞具有非常強的引力，以至於任何事物，甚至包括光，一旦離得太近都無法逃脫束縛。然而，科學家最新研究指出，亞原子微粒可以逃離黑洞。
當黑洞吞噬周圍物質的時候，也會噴射出包含正負電子的高能等離子體噴流。就在這些幸運微粒到達黑洞視界之前，它們開始加速。它們速度接近光速，從黑洞視界反彈出去，或者沿著黑洞旋轉軸向外丟擲。
這些數量龐大且強大的粒子流被稱為“相對射流”，它們釋放的光線，我們可以使用望遠鏡進行觀測。儘管天文學家們已經觀察這些噴射流幾十年時間，但沒有人確切知道這些逃逸粒子是如何獲得能量的。在一項最新研究中，美國加州勞倫斯伯克利國家實驗室的研究人員對該過程有了新的認識。
研究負責人、伯克利實驗室博士後凱爾·帕弗雷(Kyle Parfrey)說：“黑洞旋轉的能量是如何被提取出來形成噴射流的？這個問題已經存在很長時間，是科學界懸而未決的一個謎團。”
伯克利實驗室表示，為了揭曉這個謎團，帕弗雷和研究小組設計了一套超級計算機模擬實驗，結合幾十年前理論資料提供對等離子體噴流驅動機制的最新見解，從而解釋如何從黑洞超強引力中竊取能量，並推動它遠離黑洞。換句話講，他們研究了黑洞極端引力如何能對粒子提供如此多的能量，使它們向外輻射。
這項模擬實驗，首次從理論上解釋環繞黑洞的電流如何與磁場扭曲結合在一起，形成噴射流，並使用一個單獨的理論解釋粒子如何穿越黑洞臨界點——事件視界，遠距離觀測者會觀測到黑洞“負能量”，並低估了黑洞整體旋轉能量。實際上，黑洞是因為吸入這些“負能量”，而失去了質量。
帕弗雷表示，將這兩種理論結合在一起，試圖將普通等離子體物理學與愛因斯坦廣義相對論相整合。這項模擬實驗不僅要考慮粒子加速度和來自相對噴射流的光線，還需要考慮正負電子是如何最初形成——它們通過高能光子碰撞(例如伽馬射線)產生的。這一過程被稱為“電子偶產生”，可以將光轉化為物質。
哥倫比亞大學理論天體物理學中心研究科學家羅伯特·佩納(Robert Penna)說：“最新模擬結果完全不同於之前的模擬實驗，也就是說從某種意義上講是放心可靠的。”他將相關觀點的研究報告發表在《物理評論快報》上。
佩納說：“然而帕弗雷等人發現一些粒子非常有趣，並且具有獨特行為特徵。例如：他們發現大量粒子的相對能量是負的，就像遠離黑洞的觀測者所測量的那樣。當這些粒子落入黑洞，黑洞總能量就會減少。”
不過還有一個驚喜，帕弗雷的模擬實驗表明，有如此多的負能量粒子流入黑洞，它們落入黑洞所吸收的能量與磁場糾纏所吸收的能量相當，要證實這一預測還需要進一步研究分析，但是如果負能量粒子的影響像預測的那樣強烈，它可能會改變人們對黑洞噴射流輻射光譜的預期。
帕弗雷和研究同事計劃進一步改進他們的模型，將模擬結果與“視界望遠鏡”等天文臺的觀測資料進行比較，伯克利實驗室表示，研究人員計劃擴大模擬範圍，其中包括黑洞視界附近的物質流入物質，即吸積流。我們希望對整個問題提出一個更加一致的看法。目前，這項最新研究報告發表在近期出版的《物理評論快報》上。（葉傾城）
