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琨瑤：天文學(xué)家如何確定在遙遠(yuǎn)的地方存在黑洞？

答：根據(jù)黑洞物理模型，在黑洞的強(qiáng)大引力作用下，其附近的塵埃、氣體以及一部分恒星物質(zhì)會(huì)圍繞在黑洞周?chē)?，形成一個(gè)高速旋轉(zhuǎn)的巨大的吸積盤(pán)。吸積盤(pán)的物質(zhì)在黑洞的強(qiáng)大引力作用下高速旋轉(zhuǎn)，吸積物質(zhì)由于劇烈的摩擦加熱變成高溫等離子體，發(fā)生各種強(qiáng)烈的能量釋放過(guò)程。通過(guò)利用天文望遠(yuǎn)鏡觀測(cè)這些過(guò)程，天文學(xué)家就能夠識(shí)別黑洞的存在，并且深入研究黑洞怎樣吞噬物質(zhì)、影響周?chē)h(huán)境，也可以研究整個(gè)星系演化。

這種能量釋放主要包括三種情況：

1. 高溫氣體在落入黑洞之前，會(huì)積累在黑洞周?chē)纬芍旅?、高速旋轉(zhuǎn)的吸積盤(pán)。吸積盤(pán)和周?chē)臍怏w包層可在各個(gè)波段產(chǎn)生很強(qiáng)的電磁輻射，強(qiáng)度遠(yuǎn)超整個(gè)星系所有恒星的總亮度，在望遠(yuǎn)鏡圖像上看起來(lái)就像銀河系內(nèi)的明亮恒星一樣，所以稱之為類星體。特別需要指出的是，許多類星體可以發(fā)出強(qiáng)烈的X 射線輻射并被直接觀測(cè)到。由于X 射線能量很高，通過(guò)研究來(lái)自吸積盤(pán)內(nèi)部靠近黑洞的區(qū)域的光譜形狀，就可以通過(guò)牛頓力學(xué)和廣義相對(duì)論來(lái)直接推算黑洞的質(zhì)量。

2. 等離子體吸積盤(pán)具有強(qiáng)大的磁場(chǎng)，根據(jù)磁流體動(dòng)力學(xué)原理，一部分物質(zhì)會(huì)被磁場(chǎng)加速，產(chǎn)生垂直于盤(pán)面方向的強(qiáng)大物質(zhì)噴流。該噴流可以延展到幾十萬(wàn)光年的空間范圍并與星系內(nèi)的物質(zhì)相互作用，在射電波段（波長(zhǎng)為厘米到分米量級(jí)）形成明亮的噴泉狀形態(tài)，被稱為射電瓣。如果星系內(nèi)存在射電瓣，則直接證明其中心存在黑洞并正在或曾經(jīng)劇烈吸積物質(zhì)。

3. 更為驚人和有趣的是，在非常偶然的情況下，會(huì)有恒星運(yùn)動(dòng)到距離黑洞很近的地方。這時(shí)，恒星不僅會(huì)被黑洞吞沒(méi)，還會(huì)被黑洞強(qiáng)大的潮汐力撕碎瓦解，產(chǎn)生短暫的閃光現(xiàn)象。這類事件過(guò)于偶然，只有通過(guò)非常靈敏的望遠(yuǎn)鏡對(duì)廣大天區(qū)的許多星系進(jìn)行長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)，才有可能發(fā)現(xiàn)閃光現(xiàn)象。幾十年來(lái)，天文學(xué)界僅發(fā)現(xiàn)了很少的閃光現(xiàn)象。最典型的事例是，2 0 0 9年天文學(xué)家在距離3 0億光年的一個(gè)暗弱星系中觀測(cè)到了非常明顯的閃光現(xiàn)象。經(jīng)測(cè)量，發(fā)現(xiàn)這個(gè)閃光事件釋放的能量與最強(qiáng)大的超新星爆發(fā)相當(dāng)。后續(xù)的觀測(cè)研究給出了該天體亮度隨時(shí)間的變化和殘余物質(zhì)的空間分布。理論物理學(xué)家通過(guò)計(jì)算機(jī)數(shù)值模擬，給出了恒星落入黑洞的整個(gè)物理過(guò)程，得到的結(jié)果與觀測(cè)事實(shí)非常相近。科學(xué)家由此確信，該閃光現(xiàn)象確實(shí)源自黑洞撕碎并吞沒(méi)恒星的過(guò)程。