中國科學(xué)家重大突破！愛因斯坦百年預(yù)言被證實(shí)，黑洞攪拌時(shí)空首現(xiàn)

中國科學(xué)院國家天文臺(tái)與卡迪夫大學(xué)的科學(xué)家們干了件大事。

他們通過觀測一個(gè)被黑洞撕碎的恒星，首次直接證實(shí)了愛因斯坦廣義相對論中預(yù)言的倫斯-蒂林進(jìn)動(dòng)效應(yīng)。

這個(gè)發(fā)現(xiàn)可是讓整個(gè)物理學(xué)界都炸開了鍋。

這個(gè)被黑洞撕碎的恒星事件叫AT2020afhd，2020年被發(fā)現(xiàn)的時(shí)候就引起了天文學(xué)家的注意。

恒星被黑洞撕碎這種事雖然罕見，但也不是第一次被觀測到。

本來以為就是一次普通的宇宙悲劇，沒想到這次居然藏著這么大的科學(xué)突破。

恒星“意大利面化”死亡現(xiàn)場的意外發(fā)現(xiàn)

當(dāng)一顆恒星不小心闖入超大質(zhì)量黑洞的"死亡半徑"，會(huì)發(fā)生什么？答案是被撕成面條。

這種現(xiàn)象有個(gè)形象的名字叫"意大利面化"，聽著挺有趣，實(shí)際上是宇宙中最慘烈的死亡方式之一。

AT2020afhd事件就是這樣一場宇宙悲劇。

2020年被發(fā)現(xiàn)時(shí)，科學(xué)家們立刻意識(shí)到這是一次罕見的潮汐瓦解事件。

黑洞的引力差實(shí)在太強(qiáng)大，靠近黑洞的一側(cè)引力比另一側(cè)大得多，直接把恒星拉伸成了絲狀。

這些被撕碎的恒星物質(zhì)并沒有憑空消失，而是形成了高速旋轉(zhuǎn)的吸積盤，還有兩股朝著相反方向噴射的噴流。

這種景象在宇宙中也不算特別稀奇，但這次不一樣的地方在于后續(xù)的觀測數(shù)據(jù)。

科學(xué)家們動(dòng)用了尼爾·格雷爾斯·斯威夫特天文臺(tái)進(jìn)行X射線觀測，又用卡爾·G·揚(yáng)斯基甚大陣列進(jìn)行射電觀測。

多波段協(xié)同監(jiān)測的好處就是能全方位了解事件的變化。

結(jié)果這一看，還真看出了門道。

他們發(fā)現(xiàn)這個(gè)吸積盤和噴流竟然在同步擺動(dòng)，而且周期非常穩(wěn)定，正好是20天。

這種規(guī)律性的擺動(dòng)幅度不大，但在宇宙尺度上已經(jīng)相當(dāng)明顯了。

一開始大家還以為是設(shè)備故障或者數(shù)據(jù)誤差，反復(fù)驗(yàn)證后才確定，這東西是真的在擺動(dòng)。

科西莫·因塞拉博士是研究團(tuán)隊(duì)的核心成員之一，他解釋說這種擺動(dòng)很可能就是黑洞拖拽時(shí)空產(chǎn)生的"漩渦效應(yīng)"。

他打了個(gè)比方，就像旋轉(zhuǎn)的陀螺在水中會(huì)帶動(dòng)周圍的水旋轉(zhuǎn)一樣，旋轉(zhuǎn)的黑洞也會(huì)拖拽周圍的時(shí)空跟著轉(zhuǎn)。

為了排除其他可能性，團(tuán)隊(duì)做了大量的電磁光譜分析。

最后確認(rèn)這種擺動(dòng)確實(shí)源于幾何進(jìn)動(dòng)，而不是吸積盤本身的物理過程變化。

這一下，研究方向就明確了這很可能就是科學(xué)家們找了一百年的倫斯-蒂林進(jìn)動(dòng)效應(yīng)。

愛因斯坦百年前的“宇宙漩渦”預(yù)言終于成真

說起倫斯-蒂林進(jìn)動(dòng)效應(yīng)，就不得不提愛因斯坦。

1913年，他在廣義相對論中首次提出了"參考系拖曳"的概念。

當(dāng)時(shí)很多人都覺得這想法太天馬行空了，畢竟時(shí)空怎么可能被拖拽呢？

到了1918年，倫斯和蒂林通過復(fù)雜的數(shù)學(xué)推導(dǎo)，把這個(gè)概念進(jìn)一步明確為進(jìn)動(dòng)效應(yīng)。

簡單說，就是大質(zhì)量旋轉(zhuǎn)的天體會(huì)扭曲周圍的時(shí)空，迫使附近的物質(zhì)跟著它一起旋轉(zhuǎn)。

有人把這種效應(yīng)比喻成"蜂蜜中旋轉(zhuǎn)的勺子"，勺子轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)會(huì)帶動(dòng)周圍的蜂蜜一起轉(zhuǎn)，黑洞旋轉(zhuǎn)時(shí)也會(huì)帶動(dòng)周圍的時(shí)空一起轉(zhuǎn)。

這個(gè)理論聽起來很美妙，但驗(yàn)證起來可就難了。

地球其實(shí)也有這種效應(yīng)，只是太微弱了。

2004年，引力探測器B衛(wèi)星嘗試測量地球自轉(zhuǎn)引起的時(shí)空拖曳，結(jié)果雖然有間接證據(jù)，但精度有限，干擾因素又多，一直沒能成為鐵證。

黑洞就不一樣了，尤其是超大質(zhì)量黑洞。

它們的質(zhì)量相當(dāng)于數(shù)百萬甚至數(shù)十億個(gè)太陽，自轉(zhuǎn)速度又極快，時(shí)空拖曳效應(yīng)的強(qiáng)度遠(yuǎn)超地球。

這就為觀測提供了理想條件，只要能找到合適的觀測對象。

這次發(fā)現(xiàn)的AT2020afhd事件正好提供了這樣的機(jī)會(huì)。

被撕碎的恒星物質(zhì)形成的吸積盤就像一個(gè)巨大的宇宙指針，把黑洞拖拽時(shí)空的效應(yīng)放大給我們看。

20天的擺動(dòng)周期，就是這個(gè)指針在告訴我們：愛因斯坦又說對了！

可能有人會(huì)問，這和引力透鏡效應(yīng)有什么不一樣？其實(shí)區(qū)別大了。

引力透鏡是靜態(tài)質(zhì)量造成的時(shí)空彎曲，就像光經(jīng)過大質(zhì)量天體時(shí)會(huì)發(fā)生偏折。

而時(shí)空拖曳是動(dòng)態(tài)的旋轉(zhuǎn)扭曲，是一種持續(xù)的效應(yīng)。

這兩種效應(yīng)雖然都源于廣義相對論，但表現(xiàn)形式和物理本質(zhì)完全不同。

還有引力波，那是時(shí)空本身的漣漪，是大質(zhì)量天體劇烈運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的。

而倫斯-蒂林進(jìn)動(dòng)則是時(shí)空在旋轉(zhuǎn)天體周圍的持續(xù)形變。

可以說，這些發(fā)現(xiàn)從不同角度驗(yàn)證和豐富了我們對時(shí)空本質(zhì)的理解。

這個(gè)發(fā)現(xiàn)的意義可不止于驗(yàn)證了一個(gè)百年前的理論。

它為黑洞研究打開了新的大門，特別是在測量黑洞自轉(zhuǎn)方面。

以前科學(xué)家們只能通過吸積盤的輻射間接推測黑洞自轉(zhuǎn)，現(xiàn)在有了這個(gè)20天的擺動(dòng)周期，就能更直接地計(jì)算出黑洞的自轉(zhuǎn)速度和方向了。

對于潮汐瓦解事件的研究來說，這次發(fā)現(xiàn)也是個(gè)轉(zhuǎn)折點(diǎn)。

以前大家都認(rèn)為TDE的射電信號應(yīng)該是穩(wěn)定的，現(xiàn)在看來完全不是那么回事。

時(shí)空拖曳效應(yīng)對TDE動(dòng)力學(xué)有重要影響，以后的模型都得把這個(gè)因素考慮進(jìn)去，不然很可能會(huì)誤判黑洞的質(zhì)量和吸積率。

如此看來，這個(gè)發(fā)現(xiàn)可以說是廣義相對論驗(yàn)證的"第三塊拼圖"。

2015年LIGO探測到引力波，2019年人類首次拍到黑洞照片，再加上這次證實(shí)倫斯-蒂林進(jìn)動(dòng)效應(yīng)，廣義相對論的幾大預(yù)言算是都有了觀測證據(jù)。

這也為極端引力物理研究提供了新的窗口。

像量子引力、時(shí)空奇點(diǎn)這些前沿問題，以前都只能停留在理論層面，現(xiàn)在有了實(shí)際觀測數(shù)據(jù)，就能更好地檢驗(yàn)各種理論模型了。

未來的探索肯定會(huì)更精彩。

韋布空間望遠(yuǎn)鏡已經(jīng)開始發(fā)揮威力，中國的"慧眼"衛(wèi)星在X射線觀測方面也有獨(dú)特優(yōu)勢。

這些設(shè)備都能提供更高分辨率的信號，幫助我們更深入地研究時(shí)空拖曳效應(yīng)。

更何況，平方公里陣列（SKA）射電望遠(yuǎn)鏡陣列正在建設(shè)中，未來它能系統(tǒng)監(jiān)測更多的潮汐瓦解事件。

說不定用不了多久，我們就能發(fā)現(xiàn)更多類似的時(shí)空拖曳現(xiàn)象，甚至可能找到一些現(xiàn)在還無法預(yù)料的新現(xiàn)象。

這次中國科學(xué)家團(tuán)隊(duì)的貢獻(xiàn)確實(shí)值得驕傲。

從理論預(yù)言到實(shí)際觀測，花了一百多年時(shí)間。

科學(xué)家們前赴后繼，終于在宇宙這個(gè)最大的實(shí)驗(yàn)室里，看到了愛因斯坦當(dāng)年在紙上推算出來的時(shí)空奇觀。

如此看來，人類對宇宙的認(rèn)識(shí)又前進(jìn)了一大步。

但宇宙的奧秘是無窮的，這個(gè)發(fā)現(xiàn)就像打開了一扇新的大門，門后肯定還有更多驚喜等著我們。

或許這就是科學(xué)最迷人的地方，永遠(yuǎn)有新的問題，永遠(yuǎn)有新的發(fā)現(xiàn)。

每次想到這些宇宙級的現(xiàn)象，再看看我們?nèi)祟愖陨恚紩?huì)覺得既渺小又偉大。

渺小的是我們在宇宙中的尺度，偉大的是我們竟然能用智慧去理解這樣宏大的宇宙規(guī)律。

希望未來能有更多這樣的發(fā)現(xiàn)，讓我們離宇宙的真相更近一步。