爱因斯坦又对了：科学家首次发现黑洞边缘的“暴跌区”

爱因斯坦是一位著名的物理学家，他提出的相对论，被认为是现代物理学的两大基石之一，通过该理论，我们不但可以更好地理解宇宙万物，而且还能够对宇宙中的一些现象进行预测。当然了，在做出了预测之后，我们还应该对其进行验证，用实际证据去“考验”通过该理论给出的预测到底对不对。

在过去的日子里，相对论已经通过了大量的“考验”，而根据近日发表在《皇家天文学会月刊》的一项研究，爱因斯坦又对了一次，因为科学家首次发现黑洞边缘的“暴跌区”（plunging region），而在此之前，科学家早已根据相对论预测出了“暴跌区”的存在。下面我们就来看看这具体是怎么回事。

正如我们所知，黑洞是一种引力场非常强大的天体，即使是光都无法从黑洞的“事件视界”之内逃逸出来，也就是说，黑洞本身是不可见的，那科学家又是如何观测黑洞的呢？一个最常用的方法，就是观测黑洞的吸积盘。

简单来讲，由于宇宙万物都是处于运动之中，因此那些被黑洞引力“捕获”到的物质，其运动方向几乎不可能径直“对准”黑洞的质心，在绝大多情况下，它们都会沿着一种螺旋形的轨道向黑洞坠落，在此过程中，由于角动量守恒，它们的速度就会越来越快，如果黑洞“捕获”的物质足够多，那么大量的物质就会在黑洞周围形成一个高速旋转的盘状结构。

这种盘状结构，就被称为黑洞的吸积盘，由于其中的物质速度极快，并且不断地在发生剧烈的碰撞与摩擦，因此黑洞的吸积盘通常都是非常“炽热”和“明亮”的，通过对其进行观测，科学家就可以知道黑洞的存在，并对其展开研究。

在黑洞强大引力的作用下，吸积盘中物质仍然会一边围绕着黑洞旋转，一边不断地向黑洞的“事件视界”接近，不出意外的话（例如发生黑洞喷流事件），它们最终都会被黑洞吞噬。

根据基于相对论的理论预测，在被吞噬的过程中，吸积盘中的物质并不会匀速地坠入“事件视界”，因为当它们进入到一个距离“事件视界”足够近的区域时，极度弯曲的时空就将会使这些物质无法保持环绕黑洞的运动状态，在这种情况下，这些物质就会直接向“事件视界”之内坠落。

这个距离“事件视界”足够近的区域，就被称为“暴跌区”。为了方便理解，我们不妨来做一个简单的比喻。

想象一个场景，一条平静的河流缓缓流动，在其前方，存在着一个瀑布，在这种情况下，当河流中的水抵达瀑布边缘时，就无法再保持平稳的流动，而是会直接坠落下去，而黑洞吸积盘中的物质和“暴跌区”，就与这个场景中河流中的水和瀑布类似。

那么，这种理论上的预测到底对不对呢？这就需要用实际证据来说话了。

此次研究的对象是一个名为“MAXI J1820+070”的系统，该系统距离我们大约10000光年，包含了两颗恒星和一个质量约为太阳质量8.5倍的黑洞，由于这个黑洞时不时地就会从它的两个“同伴”那里吸收物质，因此它就成了科学家观测的理想目标。

该研究团队在分析“MAXI J1820+070”的观测数据时发现，在该系统的那个黑洞的一次爆发过程中，其X射线波段存在着“额外的辉光”，为什么会这样呢？

科学家推测，这应该与黑洞的“暴跌区”密切相关，因为基于相对论的理论预测，进入“暴跌区”的物质，其速度会陡然增加，并因此产生大量的X射线。

为了验证这种推测是否正确，该研究团队建立了理论模型，并将实际观测数据与模拟结果进行对比，研究结果表明，此次“额外的辉光”与理论上的模拟结果几乎完全匹配，这就表明了“暴跌区”确实存在。

该团队表示，首次发现黑洞边缘的“暴跌区”，进一步验证了爱因斯坦的相对论对黑洞物质吸积过程的预测，这不仅对我们理解黑洞具有重要意义，也为未来的研究指明了方向。

参考资料：Continuum emission from within the plunging region of black hole discs，Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, Volume 531, Issue 1, Pages 366–386