最新数学公式可精确描述黑洞如何扭曲宇宙光

　　北京时间7月20日消息，在黑洞附近，空间是扭曲的，以至于光线在黑洞周围多次发生弯曲，这种现象在宇宙中普遍存在，虽然天文学家几十年前已探测到该现象，但直到现在才有一个精确的数学公式进行表达。这是丹麦尼尔斯波尔研究所研究生阿尔伯特斯奈本的研究成果，他提出的数学公式能恰当地描述黑洞如何影响宇宙中的光线，该研究报告发表在近日出版的《科学报告》杂志上。
　　人们对黑洞很熟悉，黑洞是一种连光都无法逃脱的神秘引力团，或许你可能听说过，空间和时间在黑洞附近会表现得很奇怪，至少空间会发生扭曲。
　　在科幻电影《星际穿越》中一个发光气体漩涡进入卡冈都亚黑洞，由于黑洞周围的空间是扭曲的，所以我们可以观察它的远侧，看到的仅是该气体漩涡的一部分（被黑洞隐藏起来的）。目前，丹麦研究生阿尔伯特斯奈本提出一个数学公式能恰当地描述黑洞如何影响宇宙中的光线。
　　在黑洞附近区域，空间扭曲得非常严重，以至于光线会发生偏转，非常邻近黑洞的光线偏转较大，以至于它会环绕黑洞运行数圈。因此，当我们观察一个遥远的背景星系（或者其他天体）时，我们可能会幸运地多次看到同一个星系的图像，尽管它越来越扭曲。多个版本的星系
　　黑洞扭曲周围光线的机制很特殊，遥远星系向各个方向释放光线，它的一些光接近黑洞时会发生轻微偏转，有些光线甚至更接近黑洞，绕着黑洞旋转一圈，之后逃脱黑洞引力束缚，按照邻近黑洞的光线由远至近以此类推，当我们观察更邻近黑洞的光线时，所观测到的不同扭曲偏转程度的光线，可推演出相同星系的多个版本。
　　来自背景星系的光围绕黑洞旋转的次数越多，它通过黑洞的距离就越近，因此我们可以在几个方向上看到同一个星系
　　简单地讲，如果我们站在黑洞之外的某个位置观察，会有无数光的轨迹进入我们的观测范围，让我们看到同一个背景星系的不同版本图像，随着距离黑洞越来越近，光绕行黑洞的次数也就越多，人们所观测到的图像版本也更多。这意味着，如果从地球角度观测就会发现黑洞图像会变得越来越压缩，越邻近黑洞的图像就越被拉扯趋近环形结构，发生扭曲变形。对此物理学家提出困扰多年的一个问题：从一张黑洞图像到下一张图像的变化，意味着需要向黑洞靠近多少程度？
　　事实上，这个答案早在40年前就已得出，大约是500倍，目前更准确地讲该答案是2的指数函数，即e2，相当于535。4916555247647倍。
　　计算该数据是非常复杂的，以至于几十年以来，科学家始终未推算出一种合理的数学和物理理论，来解释为什么大约500倍的根源，但是宇宙黎明中心研究生斯奈本运用一些微妙的数学技巧，成功地使用数学公式恰当描述黑洞如何影响宇宙光线，据悉，宇宙黎明中心是尼尔斯玻尔研究所和DTU空间研究所的一个基础研究中心。
　　斯奈本解释称，现在理解为什么这些黑洞图像会以如此微妙的方式重复，是一种非常有趣的事情，最重要的是，这将提供新的机会衡量我们对引力和黑洞的理解认知。
　　使用数学方法证明某种宇宙现象具有一定的说服力，事实上，这使我们更接近理解神秘的黑洞现象。500倍因子直接来自于黑洞和引力的工作原理，所以重复黑洞图像现成为一种检查测试引力的重要方法。旋转的黑洞
　　从正面角度观测到的黑洞周围的宇宙光，也就是我们如何从地球上观察它。结果显示，我们越近距离观察黑洞，星系的额外图像就越被挤压和扭曲
　　e2这一数学公式直接与黑洞以及引力运行方式有关，该方法不仅适用于最简单的史瓦西黑洞数学模型，同样能推广适用于旋转黑洞，事实上，旋转黑洞在宇宙中更为常见。
　　斯奈本解释称，当黑洞旋转得非常快，就不必再以500倍的系数接近黑洞，而是该数值明显下降。事实上，伴随着越接近黑洞，每张黑洞的变化系数将减少，降低至50倍、5倍，甚至在接近黑洞边缘是为2倍。
　　每一张新图像都要比前一张接近黑洞500倍，越接近黑洞就意味着这些图像很快就会压缩成一个环状图像，最终我们可能有许多图像都很难观测到。但当黑洞旋转时，就会有更多的空间来容纳额外图像，斯奈本称，所以我们希望在不久的将来通过深入观测进而证实该理论，这样不仅能了解黑洞，还能更深入洞察黑洞所在的星系秘密。
　　光在黑洞中传播时间越长，其环绕黑洞的次数就越多，因此图像的延时效果就越明显，例如：如果某颗恒星在背景星系中爆炸成为一颗超新星，人们就能一次次地看到此类爆炸。