一种在快速旋转黑洞附近检验爱因斯坦引力理论的新方法

经典的彭罗斯过程和碰撞彭罗斯过程涉及粒子在旋转黑洞附近衰变或相互作用，其中一些粒子获得负能量并落入黑洞，而另一些粒子获得该能量并可逃离系统。两种过程都涉及极端形式的参考系拖曳，即旋转黑洞带动时空一起运动，并将部分粒子以大幅能量增益的方式弹出系统，类似于弹弓效应中的抛射体。这类极端参考系拖曳长期被认为不可观测，因为黑洞以这种方式使粒子获得能量的效率极低。这里我们报告了这种极端参考系拖曳的一种新的观测特征。在X射线双星中的快速旋转黑洞里，与碰撞彭罗斯过程类似但略温和的过程可以产生一种具有独特光谱和偏振特性的新谱成分。利用当前或未来的宽带X射线偏振计观测这种新谱成分，将为在黑洞边缘附近检验爱因斯坦引力理论打开一扇新窗口，并可用于测量黑洞自旋。