黑洞有望成为宇宙加速膨胀新探针

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黑洞有望成为宇宙加速膨胀新探针

由中科院高能物理所研究员王建民领导的国际合作小组新近发现，一类特殊黑洞是一种性质优异的新型标准烛光。它们比Ia型超新星亮10～100倍，有望探测宇宙加速膨胀历史中的关键时期，并探索暗能量演化。相关成果日前发表在美国《物理评论快报》（Physical Review Letters）上。

“星系中的气体受到黑洞引力作用，在其周围形成一个气体盘，即吸积盘。”王建民告诉记者，黑洞在吞噬气体的过程中，释放出大量引力能，产生非常强大的辐射。

科学家们从X射线观测出发，研究了一批特殊大质量黑洞。它们的吸积率很高，辐射功率高达太阳的万亿倍。研究发现，这些性质极端的黑洞，其周围的吸积盘具有特殊结构。它们在垂直方向上具有中等几何高度，但散射光深很大，一般被称为“细”吸积盘。

王建民介绍说，耗散引力能释放出来的光子由于在吸积盘垂向上受到电子散射次数很多，这些光子很难逃逸出吸积盘表面，从而产生强烈的“光子囚禁”效应。这使得大量光子被吸积介质携带流入黑洞，吸积盘的辐射功率趋于饱和状态，仅线性依赖于黑洞质量。

对这些黑洞进行光谱监测发现，使用速度分解的发射线对连续谱响应，能可靠地得到黑洞质量及吸积盘辐射的本征光度。黑洞烛光可达到Ia型超新星精度，观测它们可得到宇宙学距离，并有助于研究宇宙加速膨胀的动力学演化。

据了解，Ia型超新星的前身星受恒星演化影响，其数量在红移大于1的早期宇宙中急剧减少。此外，它们作为标准烛光还存在可能的宇宙学演化，因而具有很大的局限性。黑洞烛光的数量随宇宙距离而增加，其寿命长达百万年以上，重复观测可显著减小测量误差。作为一种新工具，黑洞烛光有望为观测宇宙学打开一扇新窗口。（来源：中国科学报 孙爱民）