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黑洞M87*（星号表示M87星系中间的黑洞）在事件视界望远镜首次探测到它时引起了全世界的注意。从那时起，普林斯顿大学的天体物理学家发现，黑洞周围的扭曲磁场决定了在黑洞图像中观察到的偏振螺旋。特别是，能量流动的方向（从空穴到磁场，反之亦然）决定了极化如何扭曲。通过测量极化螺旋的方式，可以推断磁场是从空穴中提取自旋能量还是将自旋能量泵入空穴。图片来源：Andrew Chael、George Wong、Alexandru Lupsasca 和 Eliot Quataert 的模型，普林斯顿重力倡议

关于黑洞，每个人都知道的一件事是，附近的一切都会被吸入其中。事实证明，是几乎所有东西。而不是全部。

“尽管黑洞被定义为没有任何东西可以逃脱的物体，但爱因斯坦相对论的一个惊人预测是，黑洞实际上会失去能量，”天体物理学家艾略特·夸塔特（Eliot Quataert）说，他是普林斯顿大学1897级基金会的Charles A. Young天文学教授。“它们可以旋转，就像旋转的陀螺会随着时间的推移而减慢速度并在旋转过程中失去能量一样，旋转的黑洞也会向周围环境失去能量。

自 1970 年代以来，科学家们已广泛接受这种模型。他们知道磁场可能从旋转的黑洞中提取能量——他们只是不知道怎么做。

普林斯顿大学的一个天体物理学家团队现在已经最终确定，靠近黑洞M87*事件视界的能量正在向外推进，而不是向内推进。（M87是星系的名称，Messier 87，因此其中心的黑洞被命名为M87*。Quataert说，研究人员还创造了一种方法来测试黑洞失去旋转能量的预测，并确定正是这种能量产生了“我们看到的令人难以置信的强大流出，我们称之为喷流”。

这些能量流出的喷流“基本上就像百万光年长的绝地光剑，”前普林斯顿大学博士后亚历山德鲁·卢普萨斯卡说，它们可以比银河系长10倍。

他们的研究成果发表在最新一期的《天体物理学杂志》上。天体物理学副研究学者安德鲁·查尔（Andrew Chael）是该论文的第一作者。他和合著者George Wong都是事件视界望远镜团队的成员，在开发用于解释黑洞的模型方面发挥了关键作用。Chael、Wong、Lupsasca 和 Quataert 都是隶属于普林斯顿重力倡议的理论家。

该团队称赞Chael在这篇新论文的核心中提供了重要的见解：磁力线螺旋的方向揭示了能量流的方向。从那以后，“其余的就水到渠成了，”Quataert说。

“如果你把地球全部变成TNT，并在数百万年的时间里每秒炸毁1000次，这就是我们从M87中获得的能量，”普林斯顿重力计划副研究学者、高级研究所成员Wong说。

一个简单的黑洞模型。图片来源：Andrew Chael、George Wong、Alexandru Lupsasca 和 Eliot Quataert，普林斯顿重力倡议

几十年来，科学家们已经知道，当黑洞开始旋转时，它会拖拽时空结构。穿过黑洞的磁力线被拖拽，减慢了旋转速度，导致能量释放。

“我们新的、敏锐的预测是，每当你看到一个天体物理黑洞时，如果它附着在磁力线上，就会有能量转移——真正疯狂的能量转移，”普林斯顿大学前副研究学者卢普萨斯卡说，他现在是范德比尔特大学物理和数学助理教授。 并因其黑洞研究而获得突破奖基金会颁发的 2024 年物理学新视野奖。

虽然接近M87*事件视界的能量流正在向外流动，但研究小组表示，理论上能量流可以在另一个黑洞中向内流动。他们对能量流和磁力线方向之间的联系充满信心，他们对能量流来自黑洞的预测将随着仍然理论化的“下一代”事件视界望远镜的发射而得到验证。

M87* 的 3D 超级计算机模拟。图片来源：Andrew Chael、George Wong、Alexandru Lupsasca 和 Eliot Quataert，普林斯顿重力倡议

Wong说，在过去的一年半里，世界各地的黑洞研究人员一直在为未来的仪器提出规格。“像我们这样的论文可以在确定我们需要什么方面发挥至关重要的作用。我认为这是一个非常激动人心的时刻。

这四位研究人员在他们的论文中强调，他们还没有最终证明黑洞的自旋“真正为银河系外喷流提供动力”，尽管证据肯定倾向于这个方向。尽管他们的模型显示的能量水平与喷射流所需的能量水平相称，但他们不能排除喷流可能由黑洞外旋转的等离子体提供动力的可能性。“我认为黑洞极有可能为喷气式飞机提供动力，但我们无法证明这一点，”Lupsasca说。“可是。”

原标题：《黑洞为什么没有吞下所有？科学家刚刚发现了其中的秘密》

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