超級計算機模擬或能解開(kāi)粒子從黑洞中逃脫之謎

　　北京時(shí)間2月19日消息，據國外媒體報道，黑洞的引力強大到連光線(xiàn)都無(wú)法逃脫。但假如是亞原子粒子的話(huà)，還是有一種方法可以從黑洞中逃脫的。

　　黑洞在吞噬周?chē)镔|(zhì)的同時(shí)，還會(huì )噴吐出熾熱的、由電子和正電子構成的強大等離子噴流。而就在這些“幸運兒”抵達事件視界的一瞬間，它們會(huì )開(kāi)始加速運行，達到接近光速的程度，最終像炮彈一般沖出事件視界，沿著(zhù)黑洞自轉軸旋轉著(zhù)向外飛去。

　　這些強大的粒子流被稱(chēng)作“相對論噴流”，我們可以用望遠鏡觀(guān)察到它們發(fā)出的光線(xiàn)。雖然天文學(xué)家早在幾十年前就觀(guān)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)。但一項由美國加州勞倫斯·伯克利國家實(shí)驗室(LBNL)開(kāi)展的新研究為這一過(guò)程提供了一些新線(xiàn)索。

　　“黑洞旋轉過(guò)程中的能量是如何被提取出來(lái)、形成噴流的?”在該實(shí)驗室擔任博士后研究員期間領(lǐng)導黑洞模擬過(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戈達德太空飛行中心的一名高級研究員。

　　為回答這一問(wèn)題，帕弗雷及其團隊開(kāi)展了一系列超級計算機模擬，“結合數十年來(lái)的理論，為等離子流從黑洞的強大引力場(chǎng)中竊取能量、并遠遠逃離黑洞血盆大口的驅動(dòng)機制提供新線(xiàn)索”。換句話(huà)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。

　　“計算機模擬結果首次將兩條側重點(diǎn)不同的理論統一在了一起：一條解釋了黑洞周?chē)碾娏魅绾瓮ㄟ^(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處的觀(guān)察者眼中如何帶有負能量、從而降低整個(gè)黑洞的旋轉動(dòng)能?！痹搶?shí)驗室解釋道，“這就像所謂的‘負卡路里’零食一樣。黑洞吞噬這些‘負能量’粒子之后，質(zhì)量其實(shí)會(huì )不增反減?！?/p>

　　帕弗雷表示，他將兩套理論結合在一起，是試圖將普通等離子體物理學(xué)與愛(ài)因斯坦廣義相對論相融合。計算機模擬不僅要解決粒子的加速問(wèn)題、以及相對論噴流的光線(xiàn)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(xiàn)等。這一過(guò)程名叫“對產(chǎn)生”(pair production)，能夠將光轉化為物質(zhì)。

　　“此次新模擬結果與之前的模擬并沒(méi)有太大區別，從某種意義上來(lái)說(shuō)，這令人放心了一些?！备鐐惐葋喆髮W(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。例如，他們發(fā)現了大量從遠離黑洞的觀(guān)察者看來(lái)、相對論能量為負的粒子。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”。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)。但假如負能量粒子的影響真如模擬所示這般強大，我們對黑洞噴流輻射頻譜的預期也將因此改變?！?/p>

　　帕弗雷和他的團隊計劃將此次模擬結果與新視野號望遠鏡等設備的觀(guān)測結果進(jìn)行比較，從而進(jìn)一步改進(jìn)自己的模型。他們還計劃擴寬模擬范圍，將事件視界周?chē)淙牒诙吹奈镔|(zhì)的流動(dòng)情況也納入其中。

　　“我們希望能對整個(gè)問(wèn)題給出更持續統一的描述?！?/p>