通过黑洞可以实现星际穿越？Nature一作科学家带来于黑洞最新研究的科普发布

类别：社会发布时间：2023-12-05 10:26:00 来源：杭州日报

“黑洞是什么？”

当主持人抛出这个问题的时候，下面的孩子争着开始回答。

“黑洞是能吸收一切物质的天体”，“黑洞是恒星爆炸坍缩后形成的”……这是浙江省科协最新一期“科技成果科普发布”活动的现场，之江实验室博士后崔玉竹给大家带来了一场关于黑洞的最前沿研究的科普发布。

正在旋转的黑洞是怎么被证明的

科学地解释一下，黑洞是时空曲率大到光都无法从其事件视界逃脱的天体。

一直以来，人们对活跃在星系中心的超大质量黑洞充满了好奇，作为宇宙中最具破坏性且最神秘的天体之一，它们引力巨大，通过吸积盘“吃进”大量物质，同时也将物质以接近光速的高速“吐出”到数千光年以外。这些能量到底来源于哪里？同时黑洞、吸积盘、喷流之间又是如何传递能量的呢？这是一个困扰了物理学家和天文学家一个多世纪的难题。

2019年，事件视界望远镜(EHT)合作组织发布了人类历史上第一张黑洞照片，揭开了黑洞M87及其周围环境的神秘面纱。那天，崔玉竹正好在现场，看着这张通过分布在全球的射电望远镜组网“拍摄”而成的黑洞照片，她感慨万分。

崔玉竹告诉大家，M87星系是一个距离地球5500万光年的近邻星系，其中心有一个质量比太阳大65亿倍的黑洞，天文学家在1918年首次在光学波段观测到M87中的喷流，这也是人类观测到的第一个宇宙喷流。又大、又亮、离地球较近，这些特征使得M87星系成为了科学家研究黑洞的最佳目标源。

通过分析2000年至2022年期间的观测数据，崔玉竹发现M87星系中心黑洞喷流呈现周期性摆动，摆动周期约为11年，摆动张角约为10度。进一步研究表明，这种摆动是由黑洞周围存在一定角动量的物质所引起的，这些物质围绕黑洞旋转并形成了一个吸积盘。这项研究成果也发表在了Nature杂志，该工作由来自中国、日本、韩国等10个国家45个机构的科研人员共同完成，崔玉竹主导了这个项目，也正是论文的第一作者兼通讯作者。

崔玉竹打了一个形象的比喻：“想象一下，M87黑洞的吸积盘和喷流就像是一个巨大的旋转陀螺。吸积盘就像陀螺本体，而长达5000光年的喷流则是陀螺的旋转轴。不同之处在于，陀螺的运动支点在其下方，而吸积盘的运动中心则是黑洞。”她告诉大家，这一研究成果符合爱因斯坦广义相对论的相关预测，“一个转动的大质量物体，会带动周边时空一起转动。这就是爱因斯坦广义相对论中的拖曳效应。”

更多关于黑洞的研究未完待续

活动现场，崔玉竹跟听众们进行了互动，一个个关于宇宙的问题抛出，“光年是什么？”“太阳系里有几颗恒星几颗行星？”孩子们争先回答，现场气氛热烈。崔玉竹笑着鼓励他们，“我们今天的活动答对答错并不重要，只要参与回答和提问，都有奖品。”而活动的互动奖品正是这项科技成果漫画表达制作的周边徽章。

有人问，“电影《星际穿越》里的黑洞展现是否是真实的黑洞形象？”电影中，主人公跳入黑洞，进入了五维文明构建的超立方体（三维）中。崔玉竹告诉大家，这部电影请了专业的科学顾问，它的设定是基于真实的物理学理论。然而，黑洞里究竟有什么？这个问题至今也回答不了，毕竟连光也没法从黑洞里逃出来。

还有小朋友好奇地发问，“除了黑洞，还有白洞吗？”崔玉竹向大家解释，在爱因斯坦的“解”里确实存在白洞，它是一种性质正好与黑洞相反的特殊天体。然而，目前白洞还只是一种理论模型，还没有被任何观测所证实。

除了小朋友，家长们也有不少好奇。有家长问，“黑洞的研究未来是否能应用到我们的生活中？”崔玉竹告诉大家，黑洞作为一个极端的天体，其引力场和内部环境可能储存着巨大的能量。如果我们能够开发出一种利用黑洞能量的方法，这将为人类提供一种几乎无尽的清洁能源。甚至，那些科幻电影里的情节，在未来也有可能成为现实，我们真的有可能利用黑洞作为空间跳跃点或时空隧道实现星际航行。

互动环节中，大多数关于黑洞的问题似乎都还没有准确答案，正如崔玉竹在PPT最后打出的字幕——“你们是未来！”证明黑洞存在自旋，这仅仅是人类共同利用大科学装置对M87星系中央超大质量黑洞的观测的“小小发现”。更多关于黑洞的预测和假想，都还需要后来的科学家们去观测和求证。

发布结束之后，大家还参观了之江实验室的展厅，更深入地了解了这个以智能计算为核心的新型研发机构。近年来，中国射电天文学和计算机科学发展迅速，而之江实验室也正在将人工智能、智能计算等技术引入到天文领域，提高数据处理效率、扩大探究物理参数的空间。这种交叉融合的创新，为人类进一步探索宇宙的奥秘提供了前所未有的机遇和技术支持。