黑洞如何釋放能量？自旋速度越快，提取能量效率越高

黑洞不僅是宇宙吸塵器，還是能重新分配巨額能量的強大能源引擎。一項新模擬表明，多達 70％ 能量在黑洞旋轉與磁場中透過 Blandford-Znajek 效應提取並形成噴流、重定向到太空，從而影響黑洞亮度與星系動力學。

幾十年來，科學家一直在研究黑洞與周圍吸積盤、磁場相互作用，理解它們如何帶來宇宙最有活力的現象，早期研究主要集中在具準球形吸積流的低亮度黑洞源，高光度黑洞因吸積盤被強烈磁化變得較薄，理論上不太穩定而難以研究。

但也有說法認為強磁場可以穩定相對薄的吸積盤，只是強磁場對能量提取、噴流形成作用的細節仍不清楚。

為了解開高度磁化的黑洞周遭環境如何提取能量，美國實驗天體物理聯合研究所（JILA）、科羅拉多大學波德分校團隊根據 3D 廣義相對論磁流體力學模型（general relativistic magnetohydrodynamic mode，GRMHD）建立新模擬，分析黑洞周圍扭曲時空磁化電漿的行為，觀察到磁場如何與不同旋轉速度的黑洞相互作用。

布蘭福德–日納傑過程（Blandford–Znajek process，BZ）是一種從旋轉黑洞提取能量的機制，新模擬結果表明，黑洞旋轉越快釋放的能量也越多，根據轉速不同，BZ 效應從黑洞自旋提取的能量有 10～70 % 會被引導至噴流朝太空釋放，其餘能量則被重新吸收回吸積盤，或作為熱量消散。

新模型還發現強磁場會提高吸積盤輻射效率，使其更明亮，這種額外亮度也能解釋為何有些黑洞看起來比理論模型預測還亮。

黑洞周圍還存在稱為「冕」的強烈發射 X 射線區域，確切形成過程尚不清楚，未來研究人員希望運用更先進模擬理解形成黑洞冕的動力。

新論文發表在《天文物理期刊》（The Astrophysical Journal）。

• The Secret Energy Inside Every Black Hole Is More Powerful Than We Thought
• How do black holes ‘leak’ energy? Scientists have a new spin on the answer

（首圖來源：pixabay）