一股股氣體墜入黑洞，永遠與宇宙其他部分隔離。在這些氣體碎屑的最后時刻，它們發(fā)出最后一束光，而這是宇宙中最明亮的輻射之一。

　　對人類來說，這些氣體的“死亡墜落”距離太遠，無法直接觀測。但是，天文學(xué)家設(shè)計了一種新技術(shù)，可以探測到它們最后的輻射痕跡，得以了解宇宙中最極端的引力環(huán)境。

　　在這項新研究中，物理學(xué)家通過觀察特定的輻射特征，計算出了避免落入黑洞的最近距離。這個閾值被稱為“最內(nèi)層穩(wěn)定圓形軌道”（innermost stable circular orbit，簡稱ISCO）。利用這種方法，未來更靈敏的X射線望遠鏡或許能真正揭開這一軌道的神秘面紗。

　　事件視界

　　黑洞無疑是宇宙中最神秘的天體，他們隱匿在黑暗中，吞噬著一切進入的光線。無論體型大小，所有黑洞都有著共同的特征，這就是事件視界。越過這條線，你就再也回不來了。任何東西一旦穿過事件視界，即使是光本身，也不能再回到宇宙之中。這個區(qū)域內(nèi)的黑洞引力太強大了。然而，在該區(qū)域以外，一切如常。

　　黑洞都具有一定的質(zhì)量，有的只有數(shù)倍太陽質(zhì)量，分布在較小的星系中；有的是太陽質(zhì)量的數(shù)十億倍，堪稱宇宙中真正的“怪物”。環(huán)繞黑洞運轉(zhuǎn)就像繞其他大質(zhì)量天體一樣。引力就是引力，軌道就是軌道。超大質(zhì)量黑洞因為其強大的引力可以吸積運動到其附近的物質(zhì)，如氣體、恒星等。被吸積的物質(zhì)通常擁有角動量，會環(huán)繞黑洞形成旋轉(zhuǎn)的吸積盤或比較厚的吸積流，其中一部分物質(zhì)最終會進入黑洞。因為黑洞的致密性與強引力，黑洞吸積過程會釋放大量的引力能，轉(zhuǎn)化為被吸積物質(zhì)的動能，其中一部分動能會因為氣體間的“摩擦”或磁場的作用耗散為氣體內(nèi)能。黑洞吸積過程可能是已知宇宙中能量轉(zhuǎn)化效率最高的物理過程，其能量轉(zhuǎn)化率是熱核聚變能量轉(zhuǎn)化率的數(shù)十倍。

　　因此，宇宙中的很多物質(zhì)都圍繞黑洞旋轉(zhuǎn)。一旦這些“莽撞的冒險者”被黑洞的引力包圍，它們就開始了向生命終點進發(fā)的旅程。當(dāng)物質(zhì)落入黑洞時，往往會被擠壓成一個圓盤，稱為“吸積盤”。這個圓盤不停地旋轉(zhuǎn)，伴隨著熱量、摩擦、磁能和電能的釋放，使其中的物質(zhì)發(fā)出明亮的光。

　　以質(zhì)量最大的黑洞為例，它們周圍的吸積盤發(fā)出光如此強烈，以至于它們有了一個新名字：活動星系核（active galactic nuclei，AGN），其亮度能夠超過數(shù)百萬個單獨的星系。在吸積盤中，物質(zhì)塊之間會相互摩擦，吸走各自的轉(zhuǎn)動能，并將它們不斷推向黑洞張開的事件視界。但是，如果沒有這些摩擦力，物質(zhì)就可以永遠圍繞黑洞旋轉(zhuǎn)，就像幾十億年來行星繞著太陽旋轉(zhuǎn)一樣。

　　距離地球最近的黑洞

　　歐洲南方天文臺（ESO）的天文學(xué)家取得了一項引人矚目的發(fā)現(xiàn)——他們找到了迄今為止距離地球最近的黑洞。如果結(jié)論成立，南半球的人們甚至可以不借助觀測設(shè)備，肉眼看見這顆黑洞所處的恒星系統(tǒng)。

　　這個神秘黑洞位于距離地球1000光年的金牛星座南部，該黑洞無法被觀測到，它具有強大的引力，以至于沒有任何物體，甚至是光，可以逃脫黑洞引力束縛。天文學(xué)家最初認(rèn)為是一個雙星系統(tǒng)或者兩顆恒星環(huán)繞一個質(zhì)量中心天體，當(dāng)他們使用MPG/ESO2.2直徑陸基望遠鏡進行深入觀測，將該雙星系統(tǒng)命名為HR 6819，同時令他們驚奇的是，他們還觀測到第三個天體——黑洞。

　　雖然天文學(xué)家無法直接觀測該黑洞，但他們能夠依據(jù)黑洞與兩顆伴星的引力相互作用來推斷其存在。通過幾個月的觀測，他們能夠繪制出恒星運行軌道，并推斷出另一個巨大、看不見的天體在該雙星系統(tǒng)中起到重要作用。

　　觀測結(jié)果還顯示，該雙星系統(tǒng)中一顆每40天圍繞這個無形天體一圈，而另一顆則在距離無形天體更遠的區(qū)域獨立存在。他們計算出該無形天體是一個恒星質(zhì)量等級的黑洞，由一顆垂死恒星坍縮形成的黑洞，大約是太陽質(zhì)量的4倍。

　　除HR 6819黑洞之外，距離地球最近的黑洞位于3000光年之遙的麒麟星座，但科學(xué)家分析仍可能存在距離更近的潛在黑洞，可能僅在銀河系存在數(shù)百萬個黑洞。

　　所以在我們附近，可能隱藏有更多黑洞。

　　氣體的消失

　　然而，隨著越來越靠近黑洞中心，你會到達一個點，在那里所有維持穩(wěn)定的希望都將在引力的作用下破滅。此時你還在黑洞之外，尚未到達事件視界，但引力已經(jīng)變得非常極端，以至于不可能有穩(wěn)定的軌道。

　　去年發(fā)表的人類首張黑洞照片，讓我們在黑洞邊緣這樣引力極強的環(huán)境下驗證廣義相對論。EHT此次公布的發(fā)現(xiàn)，來自梅西耶87（M87）黑洞。黑洞會在周圍吸積氣體的輻射構(gòu)成的“背景墻”上投下一個剪影。之所以會形成這樣一個“陰影”，是因為黑洞會把從它背后發(fā)出并射向觀測者的光線全部吞噬。與此同時，從黑洞背后發(fā)出又剛好擦過視界的其他光線，會使“陰影”周圍增亮而形成一片明亮區(qū)域。強大的引力透鏡效應(yīng)會彎折光線，就連處在黑洞正后方的物質(zhì)發(fā)出的光線，都能被彎折到黑暗區(qū)域的周圍貢獻一部分“光亮”。

　　一旦到達這一區(qū)域，你就不可能停留在平靜的軌道上，而是只有兩個選擇：你可以借助火箭或其他能源將自己推到安全的地方；而如果你是一團倒霉的氣體，那就只能自由落體，落入無盡的黑暗之中。

　　當(dāng)然，愛因斯坦的廣義相對論也預(yù)言了最內(nèi)層穩(wěn)定圓形軌道的存在，不過，盡管廣義相對論在預(yù)測和解釋宇宙現(xiàn)象方面取得了成功，我們也確信黑洞是真實存在的，但科學(xué)家還從未證實最內(nèi)層穩(wěn)定圓形軌道的存在，以及它是否符合廣義相對論的預(yù)言。如今，天文學(xué)家從落入黑洞的氣體中找到了一種可能驗證該軌道存在的方法。

　　舞動的光線

　　一個天文學(xué)家團隊描述了如何利用即將消失的光線來研究最內(nèi)層穩(wěn)定圓形軌道。他們的方法依賴于一種名為反響映射（reverberation mapping）的天文學(xué)技巧，利用了黑洞周圍不同區(qū)域以不同方式發(fā)射光線這一特性。

　　當(dāng)氣體從吸積盤流出，經(jīng)過最內(nèi)層穩(wěn)定圓形軌道（吸積盤最里面的部分），進入黑洞本身時，會變得非常熱，并發(fā)出大量高能X射線。X射線從黑洞向四面八方發(fā)射。我們可以從地球上觀測到這些輻射，但是吸積盤結(jié)構(gòu)的細(xì)節(jié)在X射線的光芒中消失了（對吸積盤的更多了解也將有助于天體物理學(xué)家了解最內(nèi)層穩(wěn)定圓形軌道）。

　　同樣的，這些X射線也能很好地照亮吸積盤以外主要由冷氣體團組成的區(qū)域。冷氣體被X射線激發(fā)，也開始發(fā)光，這一過程稱為熒光。我們同樣可以探測到這種輻射，并將其與黑洞最近區(qū)域發(fā)出的X射線區(qū)分開。

　　光從最內(nèi)層穩(wěn)定圓形軌道和吸積盤外部傳播到冷氣體團需要一定時間；如果我們仔細(xì)觀察，首先可以看到中心區(qū)域（最內(nèi)層穩(wěn)定圓形軌道和吸積盤最里面的部分）的閃光，不久之后，最內(nèi)層穩(wěn)定圓形軌道外側(cè)和吸積盤周圍就會立即出現(xiàn)明亮的“反響”。

　　這些反射光的出現(xiàn)時間和細(xì)節(jié)都取決于吸積盤的結(jié)構(gòu)，天文學(xué)家以前曾用反響映射來估計活動星系中心超大質(zhì)量黑洞的質(zhì)量。在這項最新研究中，研究人員使用復(fù)雜的計算機模擬來觀察最內(nèi)層穩(wěn)定圓形軌道內(nèi)部氣體的運動，即氣體在最終落入黑洞事件視界時如何消失，以及這反過來又如何影響附近和外部氣體中發(fā)射的X射線。

　　盡管目前的望遠鏡還沒有足夠的靈敏度對這些氣體進行測量，但下一代X射線望遠鏡應(yīng)該能夠確認(rèn)最內(nèi)層穩(wěn)定圓形軌道的存在，并驗證它是否符合廣義相對論的預(yù)言。

　　黑洞將會通向何處？

　　如果能夠穿越黑洞，你會去往哪里？會有什么等待著你？如果你能安然無恙地回來，又能講述什么有趣的故事呢？

　　所有這些問題都可以用一句簡單的話來回答，那就是“誰知道呢？”在科學(xué)技術(shù)日新月異的今天，黑洞的奧秘依然深不可測。落入事件視界之后，實際上就是越過了一層屏障。一旦有人掉下去，就再也不能把信息傳回來了，他們會被巨大的引力撕成碎片。所以理論上，任何穿過事件視界的人不會去往任何地方。

　　這聽起來似乎是一個令人失望和痛苦的答案，但其實也在意料之中。愛因斯坦的廣義相對論將時空與引力作用聯(lián)系起來，預(yù)言了黑洞的存在，后來的研究表明，黑洞是由質(zhì)量足夠大的恒星死亡所產(chǎn)生的。恒星死亡之后，會留下一個小而致密的殘余核心，假設(shè)這個核心的質(zhì)量約為太陽的三倍以上，那么引力就會使其坍縮，成為一個點，稱為“奇點”（又稱引力奇點或時空奇點），這是一個體積無限小、密度無限大、引力無限大、時空曲率無限大的點，被認(rèn)為是黑洞的中心。

　　由此產(chǎn)生的黑洞具有極其強大的引力，甚至連光線都無法逃脫。因此，如果你發(fā)現(xiàn)自己處于事件視界時，你就注定無處可逃。德國天文學(xué)家卡爾?史瓦西（Karl Schwarzschild）計算得出，如果某天體的全部質(zhì)量壓縮到很小的“引力半徑”之內(nèi)，那么其所有物質(zhì)、能量（包括光線）都將被引力囚禁在內(nèi)。從外界看，這一天體就是絕對黑暗的存在，也就是黑洞。事件視界就是黑洞周圍的時空曲隔界線，光和物質(zhì)只能向內(nèi)通過事件視界。根據(jù)梅西的說法，潮汐力會把你的身體縮成原子鏈的形式（也被稱為“意大利面化”），并最終會在奇點處被壓碎。你或許會想在黑洞的另一端逃出來，但這似乎完全是幻想。

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