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发布时间：2023-10-13 05:01:05
黑洞不仅仅只从宇宙中吞噬能量，它也吐出能量反馈回宇宙
2021-06-16 00:09:02
来源：网络整理
作者：管理员
众所周知，没有什么可以从黑洞中逃脱。一旦某物通过事件视界——所谓的不归点——它就会永远停留在那里，受到引力场的束缚，甚至光都无法逃脱。
但是一个旋转的黑洞会产生大量的能量，理论上，这些能量可以从黑洞能层中萃取，能层是一个位于事件视界外侧的区域。这在理论上和实验上都得到了证明——现在一组天体物理学家已经找到了他们认为的观测证据。
这个证据是我们探测到的最强大的伽马射线爆发，GRB 190114C，一个巨大的耀斑，在 45 亿光年之外的频率约为 1 万亿电子伏特 (1 TeV)。
总部位于意大利的国际相对论天体物理网络中心 (ICRANet) 的天体物理学家雷莫·鲁菲尼 (Remo Ruffini) 说：“伽马射线暴是天空中最强大的瞬态物体，在短短几秒钟内释放出高达几个 10^54 尔格的能量。”
“它们在伽马射线中的亮度，在事件的时间间隔中，与可观测宇宙中所有恒星的亮度一样大！伽马射线爆发被认为是由恒星质量黑洞驱动的，由一种目前未知的机制驱动。”
去年，鲁菲尼和他的同事为这种机制提出了一个解决方案——他们称之为双星系统驱动的超新星的过程。
它始于一个紧密的双星系统，由生命结束时的碳氧星和中子星组成。当碳氧星变成超新星时，喷出的物质会被伴生的中子星迅速吸收。因此，那个伴星通过临界质量点并坍缩成一个黑洞，它发射出伽马射线暴，以及以接近光速的极点喷射出的物质。（碳氧星的核心坍缩成第二颗中子星，形成黑洞-中子星双星。）
现在，在一篇新论文中，由 ICRANet 的拉希姆·莫拉迪（Rahim Moradi ）领导的鲁菲尼和他的同事描述了可以发射这种高能伽马射线爆发的机制：粒子沿着从黑洞母中子星继承的磁场线加速，该磁场从黑洞的能层中提取旋转能量。
“新出版物中介绍的新型引擎，”鲁菲尼解释说，“通过一个纯粹的广义相对论、引力电动力学过程来完成这项工作：一个旋转的黑洞与周围的磁场相互作用，产生一个电场，使周围的电子加速到导致高能辐射和超高能宇宙射线的超高能。”
相对论或接近光速的喷流在活动星系核中并不少见，星系核是星系核心的超大质量黑洞怪物。这些射流被认为是由吸积过程形成的，其过程如下。
一个巨大的物质盘围绕着活跃的黑洞旋转，从内边缘落入黑洞，但并非所有这些物质都落入黑洞。天文学家认为，其中一些会沿着黑洞外部周围的磁场线聚集并加速到两极，然后以准直射流的形式发射到太空中。
我们知道黑洞和中子星可以拥有强大的磁场，有证据表明它们可以充当同步加速器（一种粒子加速器）。证据还表明，磁场同步加速器在黑洞形成过程中发射伽马射线暴中发挥了作用。
研究 GRB 190114C，莫拉迪和他的团队发现了一个类似的机制——但它不是一个连续的发射过程，而是离散的，一遍又一遍地重复，每次释放一个黑洞能量量子，以产生观测到的伽马射线发射暴。
根据对 GRB 190114C 的观察，该团队能够重建事件的顺序。
碳氧星变成超新星，而核心坍缩成中子星；一些喷射出的物质会落回新形成的中子星上，产生 X 射线辉光——正如雨燕望远镜所观察到的那样。
一些物质也会落到中子星伴星上，将其推过质量极限以形成黑洞——这个过程会很顺利，只需要 1.99 秒。然后物质继续落入新形成的黑洞，产生从 1.99 到 3.99 秒的伽马射线暴。
最后，由于旋转能量的提取，更多的物质落入黑洞导致喷射流和千兆电子伏特范围内的伽马辐射的形成。
其他科学家可能不同意这些发现；例如，一个团队去年发现伽马射线暴是磁场坍缩的结果。它甚至可能不适用于所有伽马射线暴。尽管如此，所有部分似乎都非常符合GRB 190114C 的观察结果。
“我们可以使用黑洞的可提取旋转能量来解释伽马射线暴和活动星系核的高能喷射发射的证据是独立的，”鲁菲尼说。
“通过对 GRB 190114C 的观测，连续的理论进步和新物理学的长征带来了这一结果，相对论天体物理学已经[等待]了大约 50 年。”
该研究已发表在《天文学与天体物理学》上。
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