【科普小博士】

　　光明日?qǐng)?bào)記者 鄒曉菁

　　神秘的黑洞一直為科學(xué)研究者所著迷。近日，黑洞研究又獲新進(jìn)展：黑洞事件視界望遠(yuǎn)鏡可以觀測“旋轉(zhuǎn)煙花”是不是在跳舞，進(jìn)而搜尋一種叫軸子的極輕新粒子。

　　2019年，人類捕獲的首張黑洞照片令世人驚嘆，來自5500光年外的黑洞宛如一個(gè)橙色“甜甜圈”。去年3月，事件視界望遠(yuǎn)鏡合作組織又發(fā)布了這個(gè)“甜甜圈”在偏振光下的影像，黑洞結(jié)構(gòu)顯示得更為細(xì)膩了——它周圍如同一輪逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)的煙花。“我們的研究顯示，黑洞附近的‘旋轉(zhuǎn)煙花’可能在跳舞。我們第一次提出并實(shí)施了觀測黑洞周圍‘旋轉(zhuǎn)煙花’在跳舞的可能性。”中國科學(xué)院理論物理研究所研究員舒菁說。舒菁團(tuán)隊(duì)與合作者共同完成的這項(xiàng)研究發(fā)表在3月出版的《自然·天文》雜志上。

　　“旋轉(zhuǎn)煙花”是如何跳舞的？舒菁從最初的“甜甜圈”照片講起。“照片中發(fā)亮的‘甜甜圈’部分是黑洞附近環(huán)繞著的吸積盤發(fā)出的紅外光。強(qiáng)磁場作用下，這些輻射出來的光會(huì)沿著特定方向震蕩，也就是偏振。”舒菁介紹，在更清晰的影像中，“甜甜圈”邊上綻放出“旋轉(zhuǎn)煙花”，這些煙花的紋理即代表了光的偏振方向。

　　“我們平時(shí)在強(qiáng)陽光下，需要戴偏光太陽鏡，這樣才能看得更清楚。研究人員要觀測黑洞周圍的‘旋轉(zhuǎn)煙花’，望遠(yuǎn)鏡上也必須有類似偏光太陽鏡的設(shè)備，這可以保障只有特定垂直方向震蕩的光波被探測到。”舒菁形象地解釋道，在之前的研究中，研究人員發(fā)現(xiàn)“旋轉(zhuǎn)煙花”中可能有一種稱為軸子的新粒子。“如果軸子是傳說中的新粒子的話，那么軸子云的存在會(huì)不停地旋轉(zhuǎn)吸積盤中發(fā)出的偏振光的方向。就好像我們用偏光太陽鏡看到，黑洞附近的‘旋轉(zhuǎn)煙花’在不斷地跳舞。”舒菁進(jìn)一步解釋，“這種舞蹈是滿足特定規(guī)律的，在時(shí)間上以一個(gè)固定的周期旋轉(zhuǎn)，在空間上繞著‘甜甜圈’的方向有一個(gè)特殊舞步。因此，我們可以通過比較黑洞附近偏振的分布及其隨時(shí)間的演化來確認(rèn)是否存在軸子引起的偏振角的跳舞。”

　　此前，事件視界望遠(yuǎn)鏡合作組織并未觀測到“煙花跳舞”這樣一個(gè)奇異行為，舒菁說：“但是得益于黑洞附近軸子云可能存在的極高密度，我們?cè)谶@次研究中得到軸子這種假想粒子和光子之間相互作用的最強(qiáng)限制，從而將人類對(duì)軸子和可見物質(zhì)之間的關(guān)系推進(jìn)了好幾個(gè)數(shù)量級(jí)。”

　　“也就是說，當(dāng)人類戴上特殊的偏光太陽鏡，很有可能看到‘旋轉(zhuǎn)煙花’在跳舞。未來的研究中，我們還將進(jìn)一步優(yōu)化分析方法，探索更輕微的煙花跳舞現(xiàn)象，從而在更深層次理解可能存在的軸子新粒子。”舒菁展望道。