天文学家已经成功地测量了一个超大质量黑洞的旋转,这可能有助于揭示它们是如何在宇宙中成长的。

一组天文学家已经计算出了一个遥远的超大质量黑洞的旋转速度,这要归功于该物体与一颗恒星的偶然相遇,但这颗恒星很快就被摧毁了。

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所有的黑洞都有自旋,这是它们通过与空间中的其他物质相互作用而产生的。当黑洞通过吸积物质增长时,它们可以旋转到更快的速度;当它们通过与其他大质量物体合并而增长时,它们往往会减速。在最近的工作中,研究小组通过测量恒星被巨大物体撕裂后吸积盘的摆动,成功推断出一个超大质量黑洞的旋转。他们发现,黑洞的自转速度不到光速的25% —— 至少对黑洞来说是缓慢的。该团队的研究发表在今天的《自然》杂志上。

麻省理工学院的天文学家、这篇新论文的主要作者迪拉杰·帕沙姆(deheeraj Pasham)在一封电子邮件中说:“黑洞的旋转与它的演化有关。例如,一个黑洞在数十亿年的时间里通过稳定的气体吸聚而增长,它往往是高旋转的,而一个通过与其他黑洞合并而增长的黑洞,应该是慢旋转的。”

黑洞是一种时空区域,其引力场非常强,以至于超过某一点(称为事件视界),就连光也无法逃脱。但黑洞也会将大量物质拉入其附近,这是非常棒的,使研究人员能够研究这些阴影巨兽的物理学。这种由岩石碎片、尘埃和气体组成的物质是黑洞的吸积盘,它的明亮光芒使事件视界望远镜能够直接拍摄黑洞的阴影。

帕沙姆补充说:“超大质量黑洞 —— 以及它们的宿主星系 —— 可以随着时间的推移而增长,还有其他模式,每种模式都有一个特定的自旋分布预测。因此,如果我们可以测量超大质量黑洞的自旋分裂,我们就可以限制它们(以及它们的宿主星系)如何随着宇宙时间的推移而增长。”

偶尔,运气不太好的恒星经过黑洞时,会被黑洞的潮汐力困住,被撕成碎片;一些恒星可能被抛到太空中,而另一些则被拉伸成大量过热的恒星物质,成为黑洞吸积盘的一部分。

这个旋转的巨人是在2020年2月被探测到的,当时兹威基瞬变设施探测到一个距离地球10亿光年的物体发出的闪光。该团队使用美国宇航局的NICER望远镜研究了200多天的光源,他们认为这是一个潮汐破坏事件,该望远镜以X射线波长观察宇宙。

研究小组发现,放射源的X射线辐射每15天达到峰值。这使得研究小组得出结论,这些峰值发生在吸积盘与望远镜直接对齐的时候。从吸积盘的明显摆动往回推算,研究小组考虑了黑洞的近似质量,以及它从恒星那里汲取物质的质量。他们对黑洞本身的旋转作出了估计。

这并不是第一次计算黑洞的旋转;2019年,包括帕沙姆在内的一个团队发现了一个信号,该信号与一个以大约一半光速旋转的黑洞有关。然而,正如帕沙姆描述的那样,该信号的性质“仍然是一个谜”,而新的测量结果与相关理论对应的是黑洞的自旋。虽然黑洞以四分之一的光速旋转(167654156英里每小时,或74948114米每秒),但以我们人类的标准来看,这仍然是非常快的,我们必须记住,这些是宇宙中最极端的物体。

帕沙姆补充说,黑洞的旋转速度不能超过94%的光速,即基普·索恩在1974年计算的630379631.62英里/小时(281804910.52米/秒)。这个最大值是由于吸积盘发出的辐射对黑洞产生的扭矩,并被黑洞吞噬。

从遥远的太空物体发出的X射线闪光通常是黑洞的信号,这是它们惯常的恶作剧。2021年,包括帕沙姆在内的一个团队确定,太空中一个被称为“奶牛”的奇怪物体可能是一个正在诞生的黑洞;2022年,来自85亿光年外的另一个物体的闪光,被证明是迄今为止观测到的最遥远的潮汐破坏事件,它的黑洞直接向地球喷出了一股过热物质。

该团队将继续对潮汐破坏事件进行编目,目的是弄清楚超大质量黑洞的旋转分布。了解黑洞宇宙的道路很长,但破译它们的物理原理可以帮助我们解开宇宙中一些最大的谜团。

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