科學家提出探測旋轉黑洞新方法

測定黑洞附近光線變化的途徑是關鍵

　　一些科學家認為，由旋轉黑洞造成的時空扭曲在地球上是無法探測的。據《自然》雜志網站2月13日報道，一個天文學者和物理學家組成的國際研究小組發現，旋轉黑洞會在經過其附近的電波上留下印記，可被當今最靈敏的射電望遠鏡探測到，從而能更多了解有關星系進化的情況，并對愛因斯坦的廣義相對論進行檢驗。相關研究發表在近期出版的《自然—物理學》（Nature Physics）上。

　　廣義相對論認為，大質量目標如黑洞會扭曲時空，使經過它的光線路徑發生彎曲，這稱為引力透鏡效應。根據這一理論預測，旋轉黑洞會將周圍時空向內吸附生成一個漩渦，迫使附近所有物體包括光子，隨著它旋轉。天文學家目前已有間接的證據證明許多旋轉星系的核心都有一個超大質量黑洞。比如銀河系，根據其內部恒星的速度分布來看，它核心也應該有一個旋轉黑洞。但這只是一個不確定的推斷，因為人們不能確切知道銀河系到底包含了多少物質。有些人認為黑洞旋轉得非常快，而另一些認為旋轉得很慢。

　　意大利帕多瓦大學天文學家法布里其奧·坦布里尼和同事認為，可以通過測定黑洞附近光線變化的途徑，更直接地探測到旋轉黑洞。研究人員解釋說，無線電波的波陣面在星際空間傳播，以垂直于黑洞旋轉軸的方向接近黑洞時會被扭曲，半個波陣面將隨同其前面的時空方向運動，另外半個波陣面以滯后的時空方向運動，這會在空間中產生明顯的輻射相位（波峰和波谷的位置分布），由此可以更精確地測定黑洞旋轉速度。

　　他們通過計算機模擬，構建了銀河系黑洞的相位分布模型，竟然發現從地面上應該能探測到黑洞的旋轉。研究人員說，如果在銀河系中心部署一個無線電望遠鏡陣列，用不同的望遠鏡觀察不同部分的漸進波陣面，將這些部分互相疊加計算它們的相對相位，應該能探測到銀河系中心的黑洞。如果使用現有的無線電望遠鏡陣列，如位于新墨西哥的甚長基線射電望遠鏡陣列，兩年之內將能算出黑洞周圍光子的分布相位。這是一個計劃中的由數千架天線構成的平方公里陣列國際項目，計劃于2024年開始運行，將對研究黑洞非常有用。

　　坦布里尼表示，對于宇宙中絕大部分大質量目標來說，這是“根本性的重要發現”，研究活躍星系核心的黑洞旋轉能加強天文學者對這些活躍黑洞的理解。由于這些黑洞的旋轉會加熱星系，從而可能改變它們的進化。

　　德克薩斯大學天體物理學家理查德·麥茨納也認為，測量黑洞能更好地理解黑洞附近的情況，如果觀察到坦布里尼小組研究的相位分布方式，可以為廣義相對論提供證據。如果沒有，可能意味著我們要去尋找另一種引力理論，或此前未曾發現的天體物理過程。

　　但他擔心目前的無線電望遠鏡還不夠敏感，未必能滿足觀察要求。測量不僅要把空間中的極小部分繪制出來，還要能測量通過該部分的相位變化，這可能超出了超長基線無線電陣列的能力。而且，來自黑洞附近的輻射會非常亮，如那些X射線或伽馬射線頻率很高，不是普通光線或無線電波，用高頻儀器操作可能會更容易探測。他還指出，由于X射線和伽馬射線會被大氣吸收，可能還要發射一個新的太空基地觀測站。