黑洞扭曲时空首次被直接观测

科学家首次捕捉到时空漩涡的明确证据，这一现象在一个多世纪前就由爱因斯坦预言，但直到现在才得以直接观测。这项发表在《科学进展》期刊上的研究显示，黑洞能够扭曲时空本身的结构，使附近的物质进入摇摆运动状态。

这种效应被称为兰斯-蒂林进动或参考系拖曳。当快速旋转的黑洞拖拽周围的时空一起运动时，就会产生这种现象，就像旋转的陀螺在水中形成漩涡一样。该现象源于爱因斯坦的相对论，该理论将引力描述为由质量和能量引起的时空曲率，而非简单的拉力。

由中国国家天文台领导、卡迪夫大学支持的研究团队，对一次名为AT2020afhd的潮汐瓦解事件进行了研究。潮汐瓦解事件发生在恒星靠近黑洞太近时，强大的引力将其撕碎。在这次事件中，一颗恒星被一个超大质量黑洞摧毁，这种黑洞的质量是太阳的数百万或数十亿倍，通常位于星系中心。恒星的残骸形成了吸积盘，这是一种由极热气体和碎片组成的旋转结构，在引力作用下螺旋向内运动。与此同时，强大的等离子体喷流和高能粒子以接近光速的速度向外喷射。

通过追踪X射线和无线电信号的变化，研究人员注意到吸积盘和喷流以大约20天为周期一起摇摆。X射线是黑洞附近极热物质产生的高能电磁辐射，而无线电信号是天文学家用来研究喷流、磁场和高能粒子的长波辐射。这种同步运动正是理论预测的结果，但此前从未得到如此详细的证实。

来自卡迪夫大学的共同作者科西莫·因塞拉博士解释说，该研究展示了迄今为止最令人信服的兰斯-蒂林进动证据，黑洞拖拽时空的方式就像旋转的陀螺可能拖拽周围水流形成漩涡一样。

研究增添了重要的科学背景。理论和模拟长期以来一直表明，黑洞附近极端的时空曲率会弯曲光和物质的路径，在强相对论力作用下产生吸积盘和喷流进动效应，这些效应在引力强烈或物质接近光速运动时变得显著。使这个案例特别突出的是明确的观测证据。研究团队报告了X射线和无线电信号中19.6天的准周期性变化，这种重复但不完全规则的周期，其中X射线振幅比正常情况强十倍以上。几乎同步的变化指向了控制两个辐射产生区域的共同机制。

吸积盘-喷流兰斯-蒂林进动模型能够重现这些变化，数据表明所涉及的黑洞属于低自转类型，意味着它的旋转速度比许多相对论模型预测的快速旋转黑洞要慢。研究还发现了潮汐瓦解事件中的短期无线电变化，这是以前从未见过的现象。研究人员表示，这突显了高频率无线电监测的重要性，即在短时间间隔内频繁重复观测，这可能揭示更多关于黑洞如何塑造周围环境的信息。

这一发现证实了阿尔伯特·爱因斯坦在1913年提出的预言，该预言后来由约瑟夫·兰斯和汉斯·蒂林在1918年用数学方式定义。它为研究黑洞自转、吸积物理学以及喷流形成开辟了新路径，其中吸积物理学研究物质如何落入大质量天体并释放能量，而喷流形成则是旋转物质和磁场将高能等离子体窄流发射到太空的过程。对于科学家而言，这是一个罕见的机会，可以观察时空本身如何被宇宙中最极端的天体之一扭曲。