科普征文
一些科學(xué)家認為，由旋轉黑洞造成的時(shí)空扭曲在地球上是無(wú)法探測的。據《自然》雜志網(wǎng)站2月13日報道，一個(gè)天文學(xué)者和物理學(xué)家組成的國際研究小組發(fā)現，旋轉黑洞會(huì )在經(jīng)過(guò)其附近的電波上留下印記，可被當今最靈敏的射電望遠鏡探測到，從而能更多了解有關(guān)星系進(jìn)化的情況，并對愛(ài)因斯坦的廣義相對論進(jìn)行檢驗。相關(guān)研究發(fā)表在近期出版的《自然·物理學(xué)》上。
廣義相對論認為，大質(zhì)量目標如黑洞會(huì )扭曲時(shí)空，使經(jīng)過(guò)它的光線(xiàn)路徑發(fā)生彎曲，這稱(chēng)為引力透鏡效應。根據這一理論預測，旋轉黑洞會(huì )將周?chē)鷷r(shí)空向內吸附生成一個(gè)漩渦，迫使附近所有物體包括光子，隨著(zhù)它旋轉。天文學(xué)家目前已有間接的證據證明許多旋轉星系的核心都有一個(gè)超大質(zhì)量黑洞。比如銀河系，根據其內部恒星的速度分布來(lái)看，它核心也應該有一個(gè)旋轉黑洞。但這只是一個(gè)不確定的推斷，因為人們不能確切知道銀河系到底包含了多少物質(zhì)。有些人認為黑洞旋轉得非�？�，而另一些認為旋轉得很慢。
意大利帕多瓦大學(xué)天文學(xué)家法布里其奧·坦布里尼和同事認為，可以通過(guò)測定黑洞附近光線(xiàn)變化的途徑，更直接地探測到旋轉黑洞。研究人員解釋說(shuō)，無(wú)線(xiàn)電波的波陣面在星際空間傳播，以垂直于黑洞旋轉軸的方向接近黑洞時(shí)會(huì )被扭曲，半個(gè)波陣面將隨同其前面的時(shí)空方向運動(dòng)，另外半個(gè)波陣面以滯后的時(shí)空方向運動(dòng)，這會(huì )在空間中產(chǎn)生明顯的輻射相位(波峰和波谷的位置分布)，由此可以更精確地測定黑洞旋轉速度。
他們通過(guò)計算機模擬，構建了銀河系黑洞的相位分布模型，竟然發(fā)現從地面上應該能探測到黑洞的旋轉。研究人員說(shuō)，如果在銀河系中心部署一個(gè)無(wú)線(xiàn)電望遠鏡陣列，用不同的望遠鏡觀(guān)察不同部分的漸進(jìn)波陣面，將這些部分互相疊加計算它們的'相對相位，應該能探測到銀河系中心的黑洞。如果使用現有的無(wú)線(xiàn)電望遠鏡陣列，如位于新墨西哥的甚長(cháng)基線(xiàn)射電望遠鏡陣列，兩年之內將能算出黑洞周?chē)庾拥姆植枷辔�。這是一個(gè)計劃中的由數千架天線(xiàn)構成的平方公里陣列國際項目，計劃于2024年開(kāi)始運行，將對研究黑洞非常有用。
坦布里尼表示，對于宇宙中絕大部分大質(zhì)量目標來(lái)說(shuō)，這是“根本性的重要發(fā)現”，研究活躍星系核心的黑洞旋轉能加強天文學(xué)者對這些活躍黑洞的理解。由于這些黑洞的旋轉會(huì )加熱星系，從而可能改變它們的進(jìn)化。
德克薩斯大學(xué)天體物理學(xué)家理查德·麥茨納也認為，測量黑洞能更好地理解黑洞附近的情況，如果觀(guān)察到坦布里尼小組研究的相位分布方式，可以為廣義相對論提供證據。如果沒(méi)有，可能意味著(zhù)我們要去尋找另一種引力理論，或此前未曾發(fā)現的天體物理過(guò)程。
但他擔心目前的無(wú)線(xiàn)電望遠鏡還不夠敏感，未必能滿(mǎn)足觀(guān)察要求。測量不僅要把空間中的極小部分繪制出來(lái)，還要能測量通過(guò)該部分的相位變化，這可能超出了超長(cháng)基線(xiàn)無(wú)線(xiàn)電陣列的能力。而且，來(lái)自黑洞附近的輻射會(huì )非常亮，如那些X射線(xiàn)或伽馬射線(xiàn)頻率很高，不是普通光線(xiàn)或無(wú)線(xiàn)電波，用高頻儀器操作可能會(huì )更容易探測。他還指出，由于X射線(xiàn)和伽馬射線(xiàn)會(huì )被大氣吸收，可能還要發(fā)射一個(gè)新的太空基地觀(guān)測站.
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