黑洞这个东西,我们都知道它吞噬一切。但很多人不知道的是,黑洞在吃东西的时候,还会从两极喷出两道极其猛烈的物质流——科学家叫它"喷流"(jets)。这些喷流的速度接近光速,能量大到令人发指。问题是,过去我们一直没法精确测量它们到底有多快、有多强。直到现在。

这次测量有多厉害?

一支国际研究团队利用多台射电望远镜的联合观测,对一个活跃星系核中心的超大质量黑洞喷流进行了前所未有的精确测量。结果显示,这道喷流的速度达到了光速的99.5%以上,携带的能量相当于太阳每秒输出能量的数万亿倍。

研究团队的首席科学家在接受采访时直接用了"mind-blowing"(令人震惊)这个词来形容结果。他说:"我们知道喷流很快、很强,但实际测量出来的数字还是远超我们的模型预测。这意味着我们对黑洞物理的理解可能需要重大修正。"

为什么以前测不了?

你可能会好奇,既然黑洞喷流这么壮观,为什么现在才测到精确数据?原因很简单:太远了,而且变化太快。

黑洞喷流的源头通常在几千万甚至几亿光年之外。在这个距离上,即使是光速运动的物质,在我们的望远镜里看起来也只是一个微小的光点。要测量它的速度和能量,需要分辨率极高的设备,而且要在不同时间点拍多张"照片"来对比变化。

这次之所以能突破,是因为研究团队用了一种叫做"甚长基线干涉测量"(VLBI)的技术——简单说就是把分布在地球不同大洲的多台射电望远镜联网,让它们同时观测同一个目标,相当于把整个地球变成了一台巨型望远镜。分辨率一上去,精度自然就有了。

这对我们有什么意义?

直接影响嘛,坦白说,对大家的日常生活没什么。你明天上班该堵车还是堵车。但从科学角度来看,这个发现的意义非常重大。

首先,它验证了广义相对论在极端条件下的预测。爱因斯坦100多年前的理论,在这种极端环境下还是对的(至少大方向是对的),这本身就很了不起。

其次,黑洞喷流的能量是塑造星系演化的关键力量之一。一道喷流可以横跨整个星系,加热周围的气体,阻止新恒星的形成。理解喷流,就是理解星系为什么长成现在这个样子。

第三,这为未来的研究打开了新窗口。既然我们现在能精确测量喷流,那下一步就可以研究:不同大小的黑洞喷流有什么不同?喷流的方向会不会随时间改变?这些问题以前只能猜,现在有工具去实测了。

以后还能期待什么?

研究团队表示,下一步计划是对更多黑洞的喷流进行同样的精确测量,建立一个"喷流数据库"。随着即将上线的下一代射电望远镜阵列,我们可能在未来几年内对黑洞喷流的理解迎来一次大飞跃。

说真的,每次看到这种宇宙尺度的新闻,都会让人有一种奇妙的感觉——我们每天在为房租、通勤、工签焦虑的时候,宇宙那边有个东西在以接近光速往外喷射能量,功率是太阳的万亿倍。perspective这种东西,偶尔来一下还是挺好的。