黑洞并非只吞噬物质,它也是宇宙中强有力的“加速器”。
落入黑洞附近的物质在吸积盘中受到万有引力和磁场作用,渐次被压缩加热,形成高温等离子体;高速旋转的黑洞通过拖拽时空将磁场线扭曲,进而沿极轴产生狭窄而稳定的相对论性喷流。
这些喷流可将粒子加速到接近光速,释放巨量能量照亮宿主星系乃至更远宇宙。
解释这一过程的主要理论包括Penrose过程和Blandford–Znajek机制:前者借助不可逆能量提取,后者依赖黑洞旋转与磁场的电磁抽取。
观测上,射电望远镜与X射线和伽玛射线观测在活动星系核与伽玛射线暴中已见到相关证据。
另一方面,冲击波和磁重联也是重要的加速途径:吸积盘内外形成的冲击可以通过第一类费米加速反复提升粒子能量,而磁场线断裂的重联事件能在短时间内释放并传递大量磁能,迅速加速粒子。
这些被加速粒子可成为高能宇宙射线的来源之一,并对周围气体和恒星形成产生负反馈,调节星系的成长节律。
未来借助更高分辨率的事件视界望远镜及多波段时域观测,我们将更清晰地揭示黑洞如何把微小尺度的引力与磁场转换为宇宙级别的加速器能量。