新墨西哥州阿爾伯克基的人造閃電並不是迴盪於天地之間那種，這些閃電發生在桑迪亞國家實驗室（Sandia National Laboratories）的“Z機器”（Z machine）中。

　　堪稱工程奇蹟的Z機器內部生成的閃電電力比普通閃電高1,000倍以上，速度則要快20,000倍——快到什麼程度呢，它釋放出來的能量脈衝只需要不到1秒的時間就能從洛杉磯到達紐約。此外，該機器還能產生大量的X射線，而研究人員剛剛利用Z機器在這方面的能力動搖了一項長期公認的黑洞理論。

　　Z機器是世界上最強大的實驗室輻射源，它被用於研究材料在極端條件下的反應（比如，它可以融化鑽石），進行核聚變實驗，以及模擬核爆炸時發生的事情。不過，在最近的一項研究中，研究人員利用Z機器複製了黑洞周圍的X射線。當黑洞周圍吸積盤中的氣體被加熱到極高的溫度時（這些氣體之後會被巨大的引力吸入黑洞），黑洞就會發出這樣的X射線。

　　利用接近於100戶家庭在幾分鐘內消耗的電力，桑迪亞國家實驗室的Z機器製造出了驚人的能量爆發。

　　由於黑洞會吞噬（包括能量在內的）所有東西，我們無法對它進行直接研究。在這種情況下，我們的最佳選擇是研究黑洞吸積盤中的X射線光譜（即電磁波譜中X射線波段所產生能量的波長），它們是由名爲等離子體的過熱氣體狀物質製造出來的。

　　“光譜中包含了很多信息，它們可以有很多形狀，”研究論文共同作者、美國宇航局（NASA）的天體物理學家蒂姆·卡爾曼（Tim Kallman）說，“白熾燈的光譜很無聊，它們在光譜黃色部分達到了峯值。黑洞要更加有趣，它們在光譜的不同部分都有起伏和搖擺。如果你能夠對那些起伏和搖擺進行破譯，你就能知道吸積盤中擁有多少氣體，溫度有多高，如何被離子化以及達到了何種程度，以及其中存在多少種不同的元素。

　　在研究過程中，該團隊推翻了一項關於黑洞吸積盤中離子的理論。

　　近20年來，人們一直認爲，即便我們看不到光譜線，離子仍然存在於那些吸積盤當中。原先的理論認爲，這些離子（高能鐵原子）的電子會被移除，並被髮射到太空，這個過程被稱爲俄歇效應（Auger）。這不同於離子通常的行爲模式，即通過釋放光子降至較低的能量狀態。所以，即便天文學家觀測不到離子釋放出的光子，他們仍然認爲離子就在那裏。

　　但在桑迪亞國家實驗室的研究中，研究人員利用Z機器製造的強大X射線照射一塊10美分硬幣大小的硅片。硅是宇宙中最豐富的元素之一，因此它是用來研究俄歇效應的上佳樣本。然而，針對硅的研究揭示，如果沒有光子，就不會有離子。這一發現對我們多年來測量黑洞的方式產生了重大影響。

　　吉拉姆·盧瓦澤爾（Guillaume Loisel）

　　“如果我們可以前往黑洞，在吸積盤中提取樣本，並拿回實驗室分析，那將是瞭解吸積盤構成的最實用方法，”研究論文首席作者、桑迪亞實驗室的研究員吉拉姆·盧瓦澤爾（Guillaume Loisel）說，“但由於我們不可能做到那一點，我們轉而試着爲天體物理模型提供試驗數據。”

　　盧瓦澤爾表示，這些模型現在有必要進行修改，因爲理論上“樣本”中的東西跟我們過去20年來所認爲應該存在的東西有所不同——關於俄歇效應的理論正是在20年前被應用到這個研究領域的。

　　“我們的研究表明，過去20年發表的很多科學論文有必要進行修改，”他說，“我們的研究成果挑戰了用於推斷黑洞吞噬伴星物質速度的模型。我們樂觀地認爲，天體物理學家將做出任何被證明有必要的更改。”

　　該團隊的研究成果發表在《物理評論快報》（PRL）之上。

　　來源：桑迪亞國家實驗室

　　翻譯：何無魚

　　來源：New Atlas

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