黑洞并非“只进不出”

左图 旋涡星系M81中的极亮超软X射线源位置。（资料图片） 右图 黑洞吸积物质并产生高速物质喷流和吸积盘风的艺术想象图。（北京天文馆 喻京川创作）

　　黑洞是常出现在当代科幻电影和小说里的神秘天体。据说它像传说中的饕餮一样只进不出，贪得无厌，甚至黑洞的名字都来源于此，它“让光都无法逃脱”。

　　随着科学的发展，人们对黑洞的认识也越来越深入，发现它并非纯粹的只进不出。黑洞在吞噬物质后会形成喷流，从而“吐”出一些物质，这一“脾性”早在上世纪80年代就已被天文学发现所证实。天文学家们普遍认为黑洞吞噬物质后只有在X射线低硬谱态或甚高谱态下才会产生相对论性喷流，他们陆续发现了20来个能“吃”会“吐”的黑洞，但都是发射非常硬的X射线。因此天文学家曾普遍认为黑洞吞噬物质后不能产生超软X射线谱态。

　　我国科学家近日的一个重大发现打破了这种传统认知：中国科学院大学天文与空间科学学院教授、国家天文台研究员刘继峰带领团队在国际上首次从超软X射线源发现相对论性高速喷流，揭示了黑洞吸积和喷流形成的新方式。这一成果在《自然》杂志发布，并被认为是2015年度黑洞研究领域内最重要的五大发现之一。

　　刘继峰领导的团队对千万光年之外的旋涡星系M81中的极亮超软X射线源进行了光谱监测研究，首次发现其光谱中具有高度蓝移的氢元素发射线，揭示了该系统中存在速度达到0.2倍光速的相对论性重子喷流。“硬X射线是指X射线光子能量高，软X射线是指X射线光子能量低。”刘继峰在接受《经济日报》记者采访时解释说，从硬X射线源中发现过相对论性高速喷流，相当于黑洞没有“吃饱”，吐出的仅仅是轻子分位的物质。此次从超软X射线源发现相对论性高速喷流，表明黑洞一旦吞噬过量“吃饱了”，会吐出重子分位的物质。“发现超软X射线时黑洞也可以吐的意义在于，以前硬X射线时黑洞吃的东西相对较少，而超软X射线时黑洞吃的东西要远远多于前者，过量了。”也就是说，这次的发现，是黑洞“吃太多会吐”。

　　“在超软X射线源中发现相对论性喷流出乎所有人的意料，这改写了我们对超软X射线源的本质和喷流形成的认知。”美国科学院院士、英国皇家学会院士、哈佛大学终身教授瑞马斯·纳拉延评论说。

　　黑洞是现代广义相对论中，宇宙空间内存在的一种特异的天体，由质量足够大的恒星在核聚变反应的燃料耗尽而死亡后发生引力坍缩产生。它产生的引力场极为强劲，以至于任何物质和辐射在进入到黑洞的“视界”（临界点）内，便无法逃脱，甚至目前已知传播速度最快的光（电磁波）也逃逸不出。刘继峰也强调，此次新发现并没有超出以往对黑洞“视界”的理解。“物质进入视界就跑不出去了，我们这儿往外喷的是没进入黑洞的那部分。”

　　曾有科学家猜测，穿过黑洞可能会到达另一个空间，甚至是时空。在天文学家看来，这有可能吗？

　　“时空穿越在数学理论上是成立的，在现实物理世界中是否可行仍不清楚。”刘继峰说，“物质挨近黑洞，那它携带的钟的确会变慢，不过可能对无生命的粒子没有太大意义。对我们遥远的观测者来说，我们用自己的钟描述它的运动，则其变得极为缓慢，甚至是看似冻结在黑洞的视界附近。”

　　此次发现已经不是刘继峰团队在黑洞方面的第一次重要发现了。两年前，刘继峰领导的团队就在世界上首次成功测量到Ｘ射线极亮天体的黑洞质量，在该领域获得重大突破。“这两个发现都在研究极亮超软X射线源，但是第一个仅仅说那是个黑洞，这次则还发现居然有喷流，是新模式，比上个发现更有意义。”刘继峰说。