【科普小博士】
神秘的黑洞一直為科學研究者所著迷。近日，黑洞研究又獲新進展：黑洞事件視界望遠鏡可以觀測“旋轉煙花”是不是在跳舞，進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歎，來自5500光年外的黑洞宛如一個橙色“甜甜圈”。去年3月，事件視界望遠鏡合作組織又釋出了這個“甜甜圈”在偏振光下的影像，黑洞結構顯示得更為細膩了——它周圍如同一輪逆時針旋轉的煙花。“我們的研究顯示，黑洞附近的‘旋轉煙花’可能在跳舞。我們第一次提出並實施了觀測黑洞周圍‘旋轉煙花’在跳舞的可能性。”中國科學院理論物理研究所研究員舒菁說。舒菁團隊與合作者共同完成的這項研究發表在3月出版的《自然·天文》雜誌上。
“旋轉煙花”是如何跳舞的？舒菁從最初的“甜甜圈”照片講起。“照片中發亮的‘甜甜圈’部分是黑洞附近環繞著的吸積盤發出的紅外光。強磁場作用下，這些輻射出來的光會沿著特定方向震盪，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“旋轉煙花”，這些煙花的紋理即代表了光的偏振方向。
“我們平時在強陽光下，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‘旋轉煙花’，望遠鏡上也必須有類似偏光太陽鏡的裝置，這可以保障只有特定垂直方向震盪的光波被探測到。”舒菁形象地解釋道，在之前的研究中，研究人員發現“旋轉煙花”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，那麼軸子云的存在會不停地旋轉吸積盤中發出的偏振光的方向。就好像我們用偏光太陽鏡看到，黑洞附近的‘旋轉煙花’在不斷地跳舞。”舒菁進一步解釋，“這種舞蹈是滿足特定規律的，在時間上以一個固定的週期旋轉，在空間上繞著‘甜甜圈’的方向有一個特殊舞步。因此，我們可以透過比較黑洞附近偏振的分佈及其隨時間的演化來確認是否存在軸子引起的偏振角的跳舞。”
此前，事件視界望遠鏡合作組織並未觀測到“煙花跳舞”這樣一個奇異行為，舒菁說：“但是得益於黑洞附近軸子云可能存在的極高密度，我們在這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限制，從而將人類對軸子和可見物質之間的關係推進了好幾個數量級。”
“也就是說，當人類戴上特殊的偏光太陽鏡，很有可能看到‘旋轉煙花’在跳舞。未來的研究中，我們還將進一步最佳化分析方法，探索更輕微的煙花跳舞現象，從而在更深層次理解可能存在的軸子新粒子。”舒菁展望道。
（本報記者 鄒曉菁）
