黑洞如何將周圍吸積盤發出的光反射回自身？
作者：文/虞子期
雖然，只要我們一抬頭就能看到像太陽那樣的普通恆星、像月亮那樣借著恆星光照亮行星的衛星，以及夜晚星空中可能看到的各大不知名星系。但毫無疑問，黑洞一定是整個宇宙中最特殊的存在體之一，與此同時，它也是當物質被壓縮到一定密度時的終極產物。它們中的一些就像是曾經閃耀過的巨型恆星「墓碑」一般，演化到生命末期的恆星在一場超新星爆炸中，由於受到自身引力作用發生坍塌而形成黑洞。
黑洞也有大小之分
既然恆星存在不同的生命長度和演化階段，那由恆星殘骸所形成的恆星質量黑洞也有大小之分。比如：
恆星質量黑洞，相當於數十個太陽般大小的恆星構成，就現階段的研究來看，一般處於太陽質量的20倍到70倍之間。而截至目前，科學家們已經觀測到的黑洞LB-1，便是恆星級黑洞中質量最大的一個黑洞，它大約達到了太陽質量的70倍左右。
而超大質量黑洞的質量，則可以達到數十億個太陽質量的累加值。但與恆星級黑洞有所不同的是，超大質量黑洞的施瓦西半徑值使得其密度可以比空氣更低，而此類黑洞可能形成的方式也不止「恆星級黑洞的吸積過程」這一種。並且，一個星系中可能更廣泛地分布著恆星質量黑洞，但星系的核心則只可能屬於超大質量黑洞。
事件視界不是具象存在
當然，不管黑洞按質量的大小如何進行劃分，但無一例外，只要是黑洞所覆蓋的區域內，總是具有極強的重力作用，這股力量不僅可以彎曲光線，而且還能夠扭曲時間和空間。並且，我們經常提到的所謂的事件視界，其實也只是我們這樣的遠觀者所構建起來的特殊界面，主要目的是為了讓大家更加具象地了解，這是一個物質一旦靠近就會被摧毀的不可變界面。
但事實上，對於那些正在接近黑洞事件視界的物體而言，卻並不存在這樣一個具象的特殊界面。從本質上來說，這主要是因為觀測者的世界線，以及跨越該事件世界的光錐本就不可能發生相交。所以，這些物體完全不知道自己即將跨越事件視界這道最後的安全界限，這大概也就是所謂的當局者迷，旁觀者清吧。
能否逃逸-需要區分黑洞的事件視界範圍，以及黑洞周圍旋轉的吸積盤
相信很多人對黑洞的了解，都包括了「就連光線也無法逃脫黑洞的引力」這個主要特徵，這也是「黑洞」這個天文名詞的根本來源。的確，當其他物質（包括光）處於黑洞事件視界範圍之內的時候都會被直接吞噬，而這個所謂的安全距離就跟該黑洞的史瓦西半徑值直接相關。
從理論的層面來講，其實所有物體都可以在自身質量條件下，進一步被壓縮為一個具有特定大小的黑洞。像我們賴以生存的地球在被壓縮後便大約只有9毫米的史瓦西半徑值，而質量相對更大的太陽在被壓縮之後，則可以達到3公里左右的史瓦西半徑值。
但是，不管這個黑洞的質量有多大，以及它的史瓦西半徑值是多少，它們的周圍都會存在圍繞其旋轉的材料盤，也就是所謂的吸積盤。而那些處於黑洞周圍旋轉材料盤中的光，卻因為距離相對更遠而能逸出一部分。這便是科學家們在觀察到那些正在生長的黑洞的時候，為什麼會看到黑洞正通過明亮的X射線發光。
黑洞周圍吸積盤中的光-一部分擺脫引力束縛，一部分反射回自身
當然，即便是那些位於黑洞周圍旋轉材料盤中的光，也不是都可以擺脫來自黑洞奇點所釋放出的引力作用。儘管這些物質盤並不位於事件視界範圍之內，但其中的一部分會反作用於黑洞，從而產生一股強大的拉力。當這股力量向後轉的時候，便足以使其從磁碟彈回。
也就是說，那些原本想要從磁碟逃離的光，在被拉回黑洞的時候反射回了太空。這項新的研究結果，其實是分析了之前的「黑洞以日照恆星為食」的觀測數據。簡單來說，其實就是科學家們通過對雙星系統XTE J1550-564爆發期間的實際觀測數據進行分析。
然後，研究結果表明：
並不是所有X射線都直接擺脫了黑洞的引力作用，而是在反射作用下通過黑洞吸積盤中的光避開。
也就是說，現有的觀測數據實現了將反射的光和直射的光進行區分。在下面這張圖片中，已經形象地展示了原本位於黑洞周圍吸積盤的部分光，是怎樣在黑洞自身引力的作用下重新折回到磁碟里，並再次從磁碟反射回去。
其實，科學家們對「巨型黑洞周圍的光也難逃逸黑洞的引力作用」的理論預測已有40年左右的時間，只是該理論直到現在才通過觀測數據首次分析出最終結果。與此同時，愛因斯坦的廣義相對論也再次通過新的研究結果而間接被證實，這對於科學家們之後研究黑洞的自旋速率也提供了重要的幫助。
為什麼與黑洞有關的問題總是難以解答？
儘管我們都知道一個較大的星系中心，通常都存在一個超大質量黑洞，而宇宙中的星係數量又數以億計，黑洞的演變過程對星系中恆星的誕生起到了至關重要的作用。正如我們銀河系的中心，也存在一個超大質量黑洞人馬座A*（距離相隔大約26000光年，相當於400萬個太陽的質量疊加）。
但是，即便我們知道不同大小的黑洞普遍存在於宇宙中的各大星系，但目前人類對此類天體的了解依然還很有限。雖然，我們對恆星質量黑洞已經有一定的了解，其中的較大一部分都是巨型恆星以超新星形式結束自己生命後留下的殘骸。但是，那些超大質量黑洞的形成方式則並不唯一，也不確定。並且，不管黑洞以何種方式形成，以及它的質量到底有多大，它們都是整個宇宙中本身密度值最大的物體，沒有之一。
眾所周知，黑洞所釋放出的強大引力場源自於其中心的奇點，並且，我們無法通過觀測設備對物質掉入黑洞的過程進行記錄。目前科學家們能夠觀測到的部分，也只有位於黑洞附近的吸積盤，而原因則是當這些吸積盤中的物質在高速運動的時候，它們會形成強烈的高能輻射。
簡而言之，以我們和其他星系中超大質量黑洞的距離來看，科學家們是沒辦法看到有哪些物質跨越黑洞的事件視界的，能夠被觀測到的只是物質靠近黑洞的速度變得越來越慢。或許很多人都有所不知：
當科學家們在研究黑洞這種神秘而特殊的天體時，不僅會涉及到關於亞原子粒子行為相關的科學內容，同時還會連接到難以用邏輯解釋清楚的量子力學，而這兩種科學內容又是不同類型的物理理論。
與此同時，之所以黑洞如此難以研究，其中還涉及到了廣義相對論這一物理學領域。並且，從霍金輻射理論來看，這些擁有強大引力的黑洞最終也很可能跟宇宙中的其他物體一樣終將消亡。當然，除去黑洞本身的特殊性以外，之所以人類很難對黑洞有里程碑式的研究結果，大概也受限於目前的科學技術水平，這也是為什麼科學家們從未停止研製更先進的探測儀器來捕獲黑洞的更多關鍵信息。
