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黑洞附近的物理过程非常复杂，那里到底发生了什么？
（PhysOrg.com 11月4日）黑洞是贪婪的：他们把他们附近的大量物质（包括气体云到恒星）都吞噬掉了。当这些“食物”沿着螺旋线越来越快地掉入黑洞的深渊时，他们的密度会越来越高，同时温度也会升高到数百万摄氏度。在这些物质最终消逝之前，它们会发射出超强的X射线。这个“回光返照（原文last cry）”源自被吞噬的铁原子。德国马克斯.普朗克核物理研究所和亥姆霍茨柏林中心的研究人员使用BESSY II同步X射线源在实验室中研究了这个物理过程。
研究黑洞性质的最好方法是去观察它的吞噬过程。在这个过程中，最有趣的地方是在物质跨越事件线（event horizon）的那一刻。所谓事件线就是距离黑洞中心的一个圆，在这个圆以内任何物质包括光线都无法逃逸。这个复杂过程会产生X射线，而X射线又会激发被吞噬的各种物质成分发射出它们各自频率的X射线，这些频率不同的X射线称为特征线。对事件线附近特征线的分析可以获得关于密度、速度和等离子体构成等方面的信息。
在这个过程中，铁起了非常关键的作用。尽管铁在宇宙中的储量并不如更轻的氢和氦丰富，但是它能够更好地吸收和重新发射出X射线。铁发射出的光子与原子量更小的原子相比具有更高的能量和更短的波长，使其特征线具有不同的颜色，并因此在辐射形成的虹霓中留下清晰的手印——在辐射谱中铁的谱线更强更清晰。由于这个原因，铁原子的K-alpha线是“回光返照”留下的最后的痕迹。
铁发射出的X射线在穿过黑洞周围的介质时也会被吸收，在这个过程中铁同样会留下清晰的手印。在这个所谓的光电离化过程中，铁原子通常会经历几次电离，其26个电子中有超过一半会被剥离，最终产生带正电的离子，最后的结果就是铁原子由于辐射而不是碰撞形成正的铁电离子。
马克斯.普朗克核物理研究所与亥姆霍兹柏林中心的研究人员所研究的正是用X射线制造铁电离子这一过程。实验的核心是由马克斯.普朗克物理研究所设计的EBIT电子束离子阱，铁原子经由一束强烈的电子束加热，就象在太阳内部或在黑洞周围那样。在这样的条件下，铁以Fe^14+（比如有14个电子被剥离）的方式存在。实验过程如下：一团这样的铁离子（仅仅几厘米长并且像头发丝一样薄）在磁场和电场的作用下被悬停在一个超高真空内，同步加速器发射出的X射线的光子能量被一台精确性超高的“单色仪”挑选出来，作为一束很薄但却集中的光束打击到铁离子上。
研究人员利用EBIT，电子束离子阱，在实验室中重建黑洞附近的物理过程
实验室测量到的光谱线与钱德拉X射线天文台和牛顿X射线多镜望远镜所观测的结果进行了对比。结果发现大多数理论计算方法预测的谱线位置并不准确。对于宇宙物理学家来说这事个大问题，因为如果不知道这些谱线的准确位置，就无法研究这些谱线的多普勒效应。多普勒效应说的是当这些射线与发射源的速度之间存在函数关系时谱线频率将发生变化这种现象。当一辆救护车从身边驶过时，每个人都能听到车上的警笛频率的变化。在宇宙中等离子体就是发出声音的救护车。
这让科学家对NGC 3783的解释颇为纠结，NGC 3783是被研究了很长时间的星系核。这个误差非常大以致于无法再对等离子体的流动做出描述。
在实验室测量中在海德堡工作的马克斯.普朗克的研究人员最终筛选出一种精度最高的理论方法，而这在过去是不可能的。在过去是不可能在这么高的能量范围内取得这么高的实验精度的。
这种新奇的方法将带电离子的离子阱和同步加速器辐射源结合在一起，让人们可以更好地了解黑洞周围的等离子体或者活跃的星系核。研究人员希望，将EBIT分光检查镜和更清晰的第三代（2009年开始在德国汉堡运行的同步辐射源PETRAⅢ）、第四代（X射线自由电子激光XFEL）X射线源结合，将能够给该研究领域带来更多新鲜活力。
（转自科学网，转载时对照原文有修改）
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