回答有关黑洞喷流的长期问题

AndrewChael、GeorgeWong、AlexandruLupsasca和EliotQuataert的模型，普林斯顿重力计划

关于黑洞，每个人都知道的一件事是，附近的所有东西绝对都会被吸进去。事实证明，几乎所有事情都是如此。

“尽管黑洞被定义为任何东西都无法逃脱的物体，但爱因斯坦相对论的惊人预测之一是黑洞实际上会失去能量，”普林斯顿大学查尔斯·A·杨天文学教授、天体物理学家艾略特·夸塔特(EliotQuataert)说道。1897届基础班。“它们可以旋转，就像旋转的陀螺随着时间的推移减慢速度并在旋转中失去能量一样，旋转的黑洞也会向周围环境失去能量。”

自20世纪70年代以来，科学家们已广泛接受这一模型。他们知道磁场可能从旋转的黑洞中提取能量，只是不知道如何提取。

普林斯顿大学天体物理学家团队现已最终确定，靠近黑洞M87*事件视界的能量正在向外推，而不是向内推。(M87是星系的名称Messier87，因此其中心的黑洞被指定为M87*。)Quataert说，研究人员还创建了一种方法来测试黑洞失去旋转能量的预测，并确定它的这种能量产生“我们所看到的令人难以置信的强大流出，我们称之为喷流”。

前普林斯顿大学博士后亚历山德鲁·卢普萨斯卡(AlexandruLupsasca)表示，这些能量流出喷流“基本上就像百万光年长的绝地光剑”，它们的长度可以比​​银河系长10倍。

他们的工作成果发表在最新一期的《天体物理学杂志》上。天体物理学副研究学者安德鲁·查尔(AndrewChael)是该论文的第一作者。他和合著者乔治·黄都是事件视界望远镜团队的成员，在开发用于解释黑洞的模型方面发挥了关键作用。Chael、Wong、Lupsasca和Quataert都是普林斯顿重力计划的理论家。

该团队赞扬了查尔在新论文核心的重要见解：磁场线螺旋的方向揭示了能量流的方向。夸塔特说，从那时起，“剩下的事情就水到渠成了”。

“如果你把地球全部变成TNT，并以每秒1000次的速度将其炸毁数百万年，这就是我们从M87中获得的能量，”Wong说道。普林斯顿重力计划和高级研究所的成员。

几十年来，科学家们已经知道，当黑洞开始旋转时，它会拖曳周围的时空结构。穿过黑洞的磁力线被拖拽，从而减慢了旋转速度，导致能量释放。

“我们新的、尖锐的预测是，每当你观察一个天体物理黑洞时，如果它附着有磁场线，就会发生能量转移——真正疯狂的能量转移，”前助理研究学者卢普萨斯卡说。普林斯顿大学现任范德比尔特大学物理和数学助理教授，因其黑洞研究获得突破奖基金会颁发的2024年物理学新视野奖。

虽然靠近M87*事件视界的能量流正在向外流动，但该团队表示，理论上能量流可以在另一个黑洞中向内流动。他们对能量流和磁场线方向之间的联系充满信心，并且他们关于能量流来自黑洞的预测将通过仍然理论上的“下一代”事件视界望远镜的发射得到检验。

M87*的3D超级计算机模拟。图片来源：AndrewChael、GeorgeWong、AlexandruLupsasca和EliotQuataert，普林斯顿重力倡议

黄说，在过去的一年半里，世界各地的黑洞研究人员一直在提出未来仪器的规格。“像我们这样的论文可以在确定我们的需求方面发挥至关重要的作用。我认为这是一个令人难以置信的激动人心的时刻。”

四位研究人员在论文中强调，他们尚未最终证明黑洞的旋转“真正为河外喷流提供动力”，尽管证据肯定倾向于这个方向。尽管他们的模型显示的能量水平与喷流所需的能量水平相称，但他们不能排除喷流可以通过黑洞外旋转等离子体提供动力的可能性。“我认为黑洞极有可能为喷流提供动力，但我们无法证明这一点，”卢普萨斯卡说。“然而。”