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08 黑洞和副产品 Black Holes and Spinoffs（第1页）

08黑洞和副产品BlackHolesandSpin-offs

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黑洞不只是吸收

如果我们的眼睛可以在射电或者X射线波段观察天空，就会看到一些星系被巨大的气球或等离子体波瓣包裹。

这些等离子体中含有运动速度接近光速的带电粒子，发出一定波长范围内的辐射。

其中一些星系（比如“活动星系”

）所表现出的等离子波瓣是由喷流所产生的，它们是从黑洞事件视界周围喷出来的，运动速度快到可以与光速相提并论。

罗杰·彭罗斯概括性地指出：理论上，从黑洞的能层中提取自转能量是可能的。

罗杰·布兰福德（RogerBlandford）和罗曼·扎纳克（RomanZnajek）明确提出了将旋转黑洞中存储的能量转移到电场和磁场中的方法，从而为产生相对论性等离子体喷流提供动力。

从黑洞附近发出喷流的机制也有其他解释，这些解释中哪个才是正确的，正是当前活跃且令人兴奋的研究主题。

最终无论哪种机制被证实，这些喷流都是从黑洞附近（当然是在事件视界外）喷出的高度聚焦且准直的射流。

实际上，星系之间的区域并不是真空。

与此相反，其中弥散着非常稀薄的被称为星际介质的气体。

当喷流撞击星际介质时会形成激波，其内部会发生壮观的粒子加速，而被黑洞附近喷流所激发的等离子体，其内部也会发生极其剧烈的运动，从而流出当前的激流区域。

随着等离子体膨胀，它会向星际介质传输大量能量。

这些等离子喷流中，有许多会延伸至数百万光年外。

因此，黑洞对超过事件视界很多光年的宇宙依然有着巨大影响。

在本章中，我将描述黑洞对其周围环境的影响以及与周围环境的相互作用。

如第6章所述，在大多数星系的中心（可能）有一个黑洞，物质会被其吸积，从而产生电磁辐射。

这样的星系被称为活动星系。

它们其中一些的吸积过程非常有效，产生的辐射光度极高。

这样的星系被称为类星体（这个词源于它们最初被识别为“类似恒星的射电源”

，因为它们是遥远的亮度很高的射电点光源）。

我们现在知道，类星体是宇宙中已知的最强大的持续能量释放场所。

类星体辐射的能量跨越整个电磁频谱，从长波射电波到光学（可见光）波段，再到X射线并继续向后。

上面提到的射电瓣之所以特别引人注目，是因为它们跨越了数十万光年（见图19）。

射电波段辐射的能量来自那些巨大的波瓣——也就是存有超热的磁化等离子体的地方，其能量是由空间上长距离传输能量的喷流所提供的。

高能电子（此处高能是指其传播速度非常接近光速）在行经等离子体波瓣时会受到来自遍布其中的磁场所施加的垂直于运动方向的力。

这种加速使它们发出被称为同步辐射的光子（可能是射电的，也可能是红外的；或者在极短的波长下高能的情况，也可能是X射线）。

图19　一个巨大类星体的射电图像。

它的范围超过100光年

要了解类星体产生的功率的规模，我们来考虑以下几个典型情况。

我用于工作的LED灯，输出功率是10瓦。

它们由输出功率高达数十亿瓦的本地发电站提供的电能所点亮（10亿瓦等于109瓦或1吉瓦）。