普林斯顿大学的研究人员发现，M87*黑洞向外释放能量，促成了大质量喷流的形成。这一发现植根于爱因斯坦的相对论，对黑洞的传统观点提出了挑战，可以用先进的望远镜进一步检验。这项研究为理解黑洞动力学开辟了新的途径，尽管它并没有明确解释喷流的能量来源。

关于黑洞，大家都知道的一点是，附近的一切东西都会被吸进去。普林斯顿天体物理学家小组现在已经确定，黑洞M87*附近的能量是向外而不是向内推动的，这是该领域长期存在的争论。

天体物理学家、普林斯顿大学1897级基金会查尔斯-A-杨天文学教授埃利奥特-夸泰特（Eliot Quataert）说："尽管黑洞被定义为任何东西都无法逃离的物体，但爱因斯坦相对论的一个惊人预言是，黑洞实际上会失去能量。它们可以旋转，就像旋转的陀螺会随着时间的推移而变慢，并在旋转中损失能量一样，旋转的黑洞也会向周围损失能量。"

自 20 世纪 70 年代以来，科学家们广泛接受了这一模型。他们知道磁场可能会从旋转的黑洞中提取能量，只是不知道如何提取。

普林斯顿天体物理学家小组现在已经确凿地确定，靠近黑洞M87*事件视界的能量是向外而不是向内推动的。(M87是星系Messier 87的名字，所以位于星系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言，并确定正是这种能量产生了"我们看到的强大外流，我们称之为喷流"。

动画展示了当黑洞旋转得更快时，穿过黑洞事件视界的磁场是如何扭曲的。旋转速度更快的黑洞会更快地"卷起"磁场，导致黑洞向周围环境损失更多能量。普林斯顿天体物理学家小组从事件地平线望远镜拍摄的黑洞线性偏振图像中观察到磁场线的卷绕。图/普林斯顿大学高等研究所 George Wong 拍摄的视频

普林斯顿大学前博士后亚历山德鲁-卢普萨斯卡（Alexandru Lupsasca）说，这些能量外流喷流"基本上就像是百万光年长的绝地光剑"，它们的长度是银河系的10倍。

他们的研究成果最近发表在《天体物理学杂志》上。天体物理学副研究员安德鲁-查尔（Andrew Chael）是这篇论文的第一作者。他和合著者乔治-黄（George Wong）都是地平线事件望远镜团队的成员，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引力计划的理论家。

研究小组将新论文核心的重要见解归功于查尔：磁场线的螺旋方向揭示了能量流的方向。

黑洞 M87*（星号表示位于 M87 星系中央的黑洞）首次被地平线事件望远镜探测到时，就吸引了全世界的目光。从那时起，普林斯顿大学的天体物理学家们就发现，黑洞周围的扭曲磁场决定了黑洞图像中观察到的极化螺旋。特别是，能量流动的方向（从黑洞到磁场或从磁场到黑洞）决定了偏振如何扭曲。通过测量偏振螺旋的方向，我们可以推断出磁场是从黑洞中提取自旋能量，还是将自旋能量注入黑洞。资料来源：普林斯顿引力计划安德鲁-查尔、乔治-黄、亚历山德鲁-卢普萨斯卡和埃利奥特-夸泰特的模型

普林斯顿引力计划副研究员、高级研究所成员黄乔治说："如果把地球变成TNT炸药，每秒炸1000次，持续数百万年，这就是我们从M87获得的能量。"

几十年来，科学家们一直知道，当黑洞开始旋转时，它会拖着时空结构一起旋转。穿过黑洞的磁场线会被拖动，从而减缓旋转速度，导致能量释放。

卢普萨斯卡曾是普林斯顿大学的副研究员，现任范德堡大学物理和数学助理教授，他因黑洞研究获得了突破奖基金会颁发的 2024 年物理学新视野奖。

研究小组表示，虽然靠近M87*事件视界的能量流是向外流动的，但理论上能量流可以在不同的黑洞中向内流动。他们对能量流与磁场线方向之间的联系充满信心，关于能量流来自黑洞的预测将随着仍处于理论阶段的"下一代"事件视界望远镜的发射而得到验证。

过去一年半以来，世界各地的黑洞研究人员一直在为未来的仪器提出规格建议，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了动力"，尽管证据肯定倾向于这个方向。尽管他们的模型所显示的能量水平与喷流所需的能量相称，但他们不能排除喷流由黑洞外的旋转等离子体提供动力的可能性。"我认为黑洞极有可能为喷流提供动力，但我们无法证明这一点，"Lupsasca说。"目前还不能。"

编译来源：ScitechDaily