黑洞不僅僅只從宇宙中吞噬能量，它也吐出能量反饋回宇宙

眾所周知，沒有什麼可以從黑洞中逃脫。一旦某物透過事件視界——所謂的不歸點——它就會永遠停留在那裡，受到引力場的束縛，甚至光都無法逃脫。

但是一個旋轉的黑洞會產生大量的能量，理論上，這些能量可以從黑洞能層中萃取，能層是一個位於事件視界外側的區域。這在理論上和實驗上都得到了證明——現在一組天體物理學家已經找到了他們認為的觀測證據。

這個證據是我們探測到的最強大的伽馬射線爆發，GRB 190114C，一個巨大的耀斑，在 45 億光年之外的頻率約為 1 萬億電子伏特 （1 TeV）。

總部位於義大利的國際相對論天體物理網路中心 （ICRANet） 的天體物理學家雷莫·魯菲尼 （Remo Ruffini） 說：“伽馬射線暴是天空中最強大的瞬態物體，在短短几秒鐘內釋放出高達幾個 10^54 爾格的能量。”

“它們在伽馬射線中的亮度，在事件的時間間隔中，與可觀測宇宙中所有恆星的亮度一樣大！伽馬射線爆發被認為是由恆星質量黑洞驅動的，由一種目前未知的機制驅動。”

去年，魯菲尼和他的同事為這種機制提出了一個解決方案——他們稱之為雙星系統驅動的超新星的過程。

它始於一個緊密的雙星系統，由生命結束時的碳氧星和中子星組成。當碳氧星變成超新星時，噴出的物質會被伴生的中子星迅速吸收。因此，那個伴星透過臨界質量點並坍縮成一個黑洞，它發射出伽馬射線暴，以及以接近光速的極點噴射出的物質。（碳氧星的核心坍縮成第二顆中子星，形成黑洞-中子星雙星。）

現在，在一篇新論文中，由 ICRANet 的拉希姆·莫拉迪（Rahim Moradi ）領導的魯菲尼和他的同事描述了可以發射這種高能伽馬射線爆發的機制：粒子沿著從黑洞母中子星繼承的磁場線加速，該磁場從黑洞的能層中提取旋轉能量。

“新出版物中介紹的新型引擎，”魯菲尼解釋說，“透過一個純粹的廣義相對論、引力電動力學過程來完成這項工作：一個旋轉的黑洞與周圍的磁場相互作用，產生一個電場，使周圍的電子加速到導致高能輻射和超高能宇宙射線的超高能。”

相對論或接近光速的噴流在活動星系核中並不少見，星系核是星系核心的超大質量黑洞怪物。這些射流被認為是由吸積過程形成的，其過程如下。

一個巨大的物質盤圍繞著活躍的黑洞旋轉，從內邊緣落入黑洞，但並非所有這些物質都落入黑洞。天文學家認為，其中一些會沿著黑洞外部周圍的磁場線聚集並加速到兩極，然後以準直射流的形式發射到太空中。

我們知道黑洞和中子星可以擁有強大的磁場，有證據表明它們可以充當同步加速器（一種粒子加速器）。證據還表明，磁場同步加速器在黑洞形成過程中發射伽馬射線暴中發揮了作用。

研究 GRB 190114C，莫拉迪和他的團隊發現了一個類似的機制——但它不是一個連續的發射過程，而是離散的，一遍又一遍地重複，每次釋放一個黑洞能量量子，以產生觀測到的伽馬射線發射暴。

根據對 GRB 190114C 的觀察，該團隊能夠重建事件的順序。

碳氧星變成超新星，而核心坍縮成中子星；一些噴射出的物質會落回新形成的中子星上，產生 X 射線輝光——正如雨燕望遠鏡所觀察到的那樣。

一些物質也會落到中子星伴星上，將其推過質量極限以形成黑洞——這個過程會很順利，只需要 1。99 秒。然後物質繼續落入新形成的黑洞，產生從 1。99 到 3。99 秒的伽馬射線暴。

最後，由於旋轉能量的提取，更多的物質落入黑洞導致噴射流和千兆電子伏特範圍內的伽馬輻射的形成。

其他科學家可能不同意這些發現；例如，一個團隊去年發現伽馬射線暴是磁場坍縮的結果。它甚至可能不適用於所有伽馬射線暴。儘管如此，所有部分似乎都非常符合 GRB 190114C 的觀察結果。

“我們可以使用黑洞的可提取旋轉能量來解釋伽馬射線暴和活動星系核的高能噴射發射的證據是獨立的，”魯菲尼說。

“透過對 GRB 190114C 的觀測，連續的理論進步和新物理學的長征帶來了這一結果，相對論天體物理學已經［等待］了大約 50 年。”

該研究已發表在《天文學與天體物理學》上。