新墨西哥州阿尔伯克基的人造闪电并不是回荡于天地之间那种，这些闪电发生在桑迪亚国家实验室（Sandia National Laboratories）的“Z机器”（Z machine）中。
桑迪亚国家实验室
堪称工程奇迹的Z机器内部生成的闪电电力比普通闪电高1,000倍以上，速度则要快20,000倍——快到什么程度呢，它释放出来的能量脉冲只需要不到1秒的时间就能从洛杉矶到达纽约。此外，该机器还能产生大量的X射线，而研究人员刚刚利用Z机器在这方面的能力动摇了一项长期公认的黑洞理论。
Z机器是世界上最强大的实验室辐射源，它被用于研究材料在极端条件下的反应（比如，它可以融化钻石），进行核聚变实验，以及模拟核爆炸时发生的事情。不过，在最近的一项研究中，研究人员利用Z机器复制了黑洞周围的X射线。当黑洞周围吸积盘中的气体被加热到极高的温度时（这些气体之后会被巨大的引力吸入黑洞），黑洞就会发出这样的X射线。
利用接近于100户家庭在几分钟内消耗的电力，桑迪亚国家实验室的Z机器制造出了惊人的能量爆发。
由于黑洞会吞噬（包括能量在内的）所有东西，我们无法对它进行直接研究。在这种情况下，我们的最佳选择是研究黑洞吸积盘中的X射线光谱（即电磁波谱中X射线波段所产生能量的波长），它们是由名为等离子体的过热气体状物质制造出来的。
“光谱中包含了很多信息，它们可以有很多形状，”研究论文共同作者、美国宇航局（NASA）的天体物理学家蒂姆·卡尔曼（Tim Kallman）说，“白炽灯的光谱很无聊，它们在光谱黄色部分达到了峰值。黑洞要更加有趣，它们在光谱的不同部分都有起伏和摇摆。如果你能够对那些起伏和摇摆进行破译，你就能知道吸积盘中拥有多少气体，温度有多高，如何被离子化以及达到了何种程度，以及其中存在多少种不同的元素。
在研究过程中，该团队推翻了一项关于黑洞吸积盘中离子的理论。
近20年来，人们一直认为，即便我们看不到光谱线，离子仍然存在于那些吸积盘当中。原先的理论认为，这些离子（高能铁原子）的电子会被移除，并被发射到太空，这个过程被称为俄歇效应（Auger）。这不同于离子通常的行为模式，即通过释放光子降至较低的能量状态。所以，即便天文学家观测不到离子释放出的光子，他们仍然认为离子就在那里。
但在桑迪亚国家实验室的研究中，研究人员利用Z机器制造的强大X射线照射一块10美分硬币大小的硅片。硅是宇宙中最丰富的元素之一，因此它是用来研究俄歇效应的上佳样本。然而，针对硅的研究揭示，如果没有光子，就不会有离子。这一发现对我们多年来测量黑洞的方式产生了重大影响。
吉拉姆·卢瓦泽尔（Guillaume Loisel）
“如果我们可以前往黑洞，在吸积盘中提取样本，并拿回实验室分析，那将是了解吸积盘构成的最实用方法，”研究论文首席作者、桑迪亚实验室的研究员吉拉姆·卢瓦泽尔（Guillaume Loisel）说，“但由于我们不可能做到那一点，我们转而试着为天体物理模型提供试验数据。”
卢瓦泽尔表示，这些模型现在有必要进行修改，因为理论上“样本”中的东西跟我们过去20年来所认为应该存在的东西有所不同——关于俄歇效应的理论正是在20年前被应用到这个研究领域的。
“我们的研究表明，过去20年发表的很多科学论文有必要进行修改，”他说，“我们的研究成果挑战了用于推断黑洞吞噬伴星物质速度的模型。我们乐观地认为，天体物理学家将做出任何被证明有必要的更改。”
该团队的研究成果发表在《物理评论快报》（PRL）之上。
来源：桑迪亚国家实验室
翻译：何无鱼
来源：New Atlas
造就：剧院式的线下演讲平台， 发现最有创造力的思想
联系客服
