周围的磁力和引力环境如此极端我们应该看到光在它周围弯曲并从黑洞后面反射回观察者身上——至少根据爱因斯坦的理论预测。
现在，天文学家首次直接探测到这种反射光，其形式是来自 8 亿光年外的超大质量黑洞的 X 射线回波，位于一个名为 I Zwicky 1 (I Zw 1) 的星系中。这最终证实了爱因斯坦的预测，并进一步揭示了宇宙中最黑暗的物体。
“任何进入黑洞的光都不会出来，所以我们应该看不到黑洞后面的任何东西。”天体物理学家丹·威尔金斯说斯坦福大学的。
“我们之所以能看到[X射线回波]，是因为黑洞正在扭曲空间、弯曲光线并扭曲自身周围的磁场。”
黑洞周围的空间有几个组成部分。这里有事件视界——著名的“不归点”，在这个点上即使光速也不足以达到逃逸速度。
像 I Zw 1* 这样的活跃黑洞也有吸积盘。这是一个由尘埃和气体组成的巨大扁平圆盘，旋转进入该物体，就像水绕着排水沟一样。
由于摩擦和磁场的影响，这个圆盘变得非常热——热到电子从原子中剥离，形成磁化等离子体。
就在活动黑洞的事件视界之外，吸积盘的内边缘内部，你会发现日冕。这是一个由灼热电子组成的区域，被认为是由黑洞磁场提供动力的。
磁场变得如此扭曲，以至于它断裂并重新连接——这个过程在太阳上，发起强烈的喷发。在黑洞中，日冕就像同步加速器一样，将电子加速到如此高的能量，使其在 X 射线波长下发出明亮的光芒。
“这个磁场被束缚起来，然后突然靠近黑洞，加热它周围的一切，并产生这些高能电子，然后继续产生 X 射线，”威尔金斯解释说。
一些 X 射线光子照射吸积盘，并通过光电吸收和荧光等过程进行再处理，然后重新发射——这就是所谓的混响回波，在 X 射线中称为“反射”光谱。这种反射发射可用于绘制该地区的地图最接近黑洞的事件视界。
威尔金斯和他的团队在开始检查 I Zw 1* 时想要研究的就是神秘的日冕。他们于 2020 年 1 月使用两个 X 射线天文台 NUStar 和 XMM-Newton 对银河系进行了观测。
他们在数据中看到了预期的 X 射线耀斑，但随后他们发现了一些出乎意料的东西——光谱不同部分的更小、更晚的 X 射线闪光。
威尔金斯意识到，这些与来自黑洞后面的反射是一致的，它们的路径由于其令人难以置信的强大引力场而在这个巨大物体周围弯曲，并且它们的光被放大。
“几年来，我一直在对这些回声在我们看来如何出现进行理论预测，”威尔金斯解释说。 “我已经在我一直在发展的理论中看到了它们，所以一旦我在望远镜观测中看到它们，我就能找出其中的联系。”
再次证实广义相对论的另一个关键预测是令人欣慰的，但这一发现还有其他几个令人兴奋的原因。
一方面，发现任何新的东西真是太棒了。它们是非常狡猾的宇宙野兽——看不见，而且周围的空间又如此极端——观测研究非常具有挑战性。
这也是衡量我们已经走了多远的一个指标，我们可以通过我们的仪器和分析技术进行这些精细的观察。研究人员表示，随着新一代望远镜准备在天空中张开眼睛，黑洞科学只会变得更好。
“通过这些新的天文台，我们目前开始从数据中获得的情况将变得更加清晰，”威尔金斯说。
该研究发表于自然。
