我要评论編譯：Yi-ching Kuai
史丹佛大學天文物理學家丹・威金斯（Dan Wilkins）和他的天文同事，觀察一個距地球8億光年的學家相對星系中心的超大質量黑洞釋放的X射線。
明亮的觀測廣義耀斑（flare）並不罕見，因為雖然光無法逃離黑洞，到來洞背但黑洞周圍的自黑再度證明巨大引力可以將物質加熱到數百萬度，釋放出無線電波和X射線。閃光斯坦有時候過熱的愛因物質（包括X射線和伽馬射線）會被快速噴流噴射到太空中。
但威金斯注意到一些較慢出現、論對規模較小、天文顏色不同的學家相對X射線閃光——這些閃光來自黑洞的背面。
「任何進入黑洞的觀測廣義光都不會出來，所以我們本應看不到黑洞背面的到來洞背任何東西。」史丹佛大學和SLAC國家加速器實驗室的自黑再度證明卡夫利粒子天文物理學和宇宙學研究所（Kavli Institute for Particle Astrophysics and Cosmology）科學家威金斯，在一份聲明中寫道。閃光斯坦
黑洞扭曲了空間和光
然而，愛因黑洞的奇異特質卻使這樣的觀測實際上有可能。
威金斯說：「我們之所以能看到這一點，是因為那個黑洞正在扭曲空間、彎曲光線並扭轉自身周圍的磁場。」
這個超大質量黑洞的質量是太陽的1000萬倍，位於我們附近一個名為「I Zwicky 1」的螺旋星系的中心，距離地球8億光年。
由威金斯帶領的科學家團隊，用歐洲太空總署的XMM牛頓衛星太空望遠鏡，和NASA的核光譜望遠鏡陣列觀測黑洞，一開始只是想要了解黑洞的「冕」，也就是明亮X射線的來源。天文學家認為，「冕」是氣體不斷落入黑洞的結果，氣體在黑洞周圍形成一個旋轉的圓盤——像水流進排水孔一樣。
黑洞的冕，與太陽的日冕（太陽炎熱的外部大氣）沒有什麼不同。太陽表面覆蓋著磁場，磁場與太陽日冕中的帶電粒子相互作用時，就會形成圈和羽狀。這就是為什麼科學家將黑洞周圍的環稱為冕。
氣盤被加熱到數百萬度，產生磁場，磁場被旋轉的黑洞扭成一團，最終破裂，釋放存儲的能量，加熱周圍的一切，產生高能電子電暈，進而產生X射線光。
X射線耀斑再落入黑洞的氣體中，產生回波。耀斑消退時，太空望遠鏡卻接收到更微弱的閃光。
「I Zwicky 1」的X射線耀斑非常明亮，因此有部分X射線照射到黑洞的氣體盤上。在黑洞背面的氣體上反射的X射線，因為黑洞的極端引力扭曲了周圍的空間，亦在黑洞周圍彎曲，延遲抵達太空望遠鏡，正是威金斯團隊觀測到的那些慢一些出現、較小的X射線閃光。
觀察結果與愛因斯坦（Albert Einstein）在1916年發表的廣義相對論中，描述的關於引力在黑洞周圍彎曲光的預測相吻合。研究團隊在今（2021）年7月《自然》雜誌上發表這項發現。
廣義相對論歷經百年屹立不搖
愛因斯坦的理論，或者說引力是物質扭曲時空的想法，隨著新的天文學發現的出現，已經屹立了100年。
根據愛因斯坦的廣義相對論，大質量的物體會扭曲時空結構。時空非線性，而是向大質量物體彎曲，形成其他物體在行進時必須遵循的彎曲路徑。愛因斯坦說，這就是引力。就像重力迫使行星繞恆星運行一樣，光也應該沿著相同的彎曲路徑圍繞黑洞等物體，這些物體的質量可能相當於數十億個太陽。不過，直到現在才有人觀察到黑洞扭曲它背後的光的現象。
「50年前，天文物理學家開始推測磁場在黑洞附近的行為時，他們不知道有朝一日我們可能擁有直接觀察這一現象，並看到愛因斯坦廣義相對論實際運行的技術。」共同研究者、史丹佛大學人文與科學學院的路克・布洛森（Luke Blossom）教授、物理學教授羅傑・布蘭福德（Roger Blandford）在一份聲明中說。
「幾年來，我一直在回波在我們眼中會是什麼樣子進行理論預測。我在我發展的一套理論中看過它們，所以我一在望遠鏡觀測中看到，就能弄清楚這些事情之間的關聯。」威金斯說。
黑洞X射線回波有望揭露更多秘密
從氣盤上反彈的X射線回波有特定的「顏色」，X射線在黑洞周圍傳播時，顏色會發生輕微變化。在氣盤不同位置反彈的X射線回波會有不同的顏色，觀測到的時間點也有差距。天文學家希望利用X射線回波，來建立黑洞周遭環境的3D圖。
科學家需要更多的觀察來了解這些黑洞冕，歐洲太空總署也將在2031年發射名為雅典娜的X射線天體望遠鏡。
「它的鏡頭會比目前任何X射線望遠鏡的鏡頭都還大，能讓我們在更短的觀察時間內獲得更高解析度的畫面，」威金斯說。「有了新的天文台，我們從數據中獲得的圖片將變得更加清晰。」
新聞來源
- Einstein right, again: Researchers see light 'echo' around black hole（NBC News）
- XMM-Newton sees light echo from behind a black hole（The European Space Agency）
- Light detected behind a black hole for the first time（CNN）
責任編輯：羅元祺
核稿編輯：翁世航
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