天文學(xué)家首次利用擺動的恒星材料測量超大質(zhì)量黑洞的自轉(zhuǎn)
作者:休閑 來源:探索 瀏覽: 【大 中 小】 發(fā)布時間:2025-11-24 16:58:57 評論數(shù):
天文學(xué)家首次利用擺動的恒星材料測量超大質(zhì)量黑洞的自轉(zhuǎn)。來源：uux.cn/CC0公共域
（神秘的學(xué)家星材地球uux.cn）據(jù)麻省理工學(xué)院（Jennifer Chu）：麻省理工學(xué)院、美國國家航空航天局和其他地方的首次揚(yáng)州外圍預(yù)約流程（電話微信189-4469-7302）揚(yáng)州外圍真實(shí)可靠快速安排天文學(xué)家有了一種新的方法來測量黑洞旋轉(zhuǎn)的速度，方法是利用料測量超量黑利用其恒星盛宴帶來的不穩(wěn)定后果。
該方法利用了黑洞潮汐破壞事件的擺動優(yōu)勢，即黑洞對經(jīng)過的恒大質(zhì)洞恒星施加潮汐并將其撕成碎片的明亮?xí)r刻。當(dāng)恒星被黑洞巨大的自轉(zhuǎn)潮汐力破壞時，一半的天文恒星被吹走，另一半被拋向黑洞周圍，學(xué)家星材產(chǎn)生一個由旋轉(zhuǎn)恒星物質(zhì)組成的首次熾熱吸積盤。
麻省理工學(xué)院領(lǐng)導(dǎo)的利用料測量超量黑團(tuán)隊(duì)已經(jīng)證明，新創(chuàng)建的擺動吸積盤的擺動是計算出中心黑洞固有自轉(zhuǎn)的關(guān)鍵。
在《自然》雜志上發(fā)表的恒大質(zhì)洞一項(xiàng)研究中，天文學(xué)家報告稱，自轉(zhuǎn)他們通過追蹤潮汐破壞事件后黑洞立即產(chǎn)生的天文揚(yáng)州外圍預(yù)約流程（電話微信189-4469-7302）揚(yáng)州外圍真實(shí)可靠快速安排X射線閃光模式，測量了附近超大質(zhì)量黑洞的自轉(zhuǎn)。
研究小組對這些閃光進(jìn)行了幾個月的跟蹤研究，確定它們很可能是一個明亮熾熱的吸積盤的信號，當(dāng)它被黑洞自身的旋轉(zhuǎn)推動和拉動時，吸積盤來回擺動。
通過追蹤圓盤的擺動是如何隨時間變化的，科學(xué)家們可以計算出圓盤受到黑洞自轉(zhuǎn)影響的程度，進(jìn)而計算出黑洞本身的自轉(zhuǎn)速度。他們的分析表明，黑洞的自轉(zhuǎn)速度不到光速的25%，而且相對較慢。
該研究的主要作者、麻省理工學(xué)院研究科學(xué)家Dheeraj“DJ”Pasham表示，未來幾年，這種新方法可以用來測量本地宇宙中數(shù)百個黑洞的自旋。如果科學(xué)家們能夠調(diào)查附近許多黑洞的自轉(zhuǎn)，他們就可以開始了解這些引力巨星是如何在宇宙歷史上進(jìn)化的。
“通過在未來幾年用這種方法研究幾個系統(tǒng)，天文學(xué)家可以估計黑洞自旋的總體分布，并了解它們?nèi)绾坞S時間演變的長期問題，”麻省理工學(xué)院卡夫利天體物理和空間研究所的成員Pasham說。
該研究的合著者包括來自多個機(jī)構(gòu)的合作者，包括美國國家航空航天局、捷克共和國馬薩里克大學(xué)、利茲大學(xué)、雪城大學(xué)、特拉維夫大學(xué)、波蘭科學(xué)院等。
切碎的熱量
隨著時間的推移，每個黑洞都有一個固有的自旋，這個自旋是由其宇宙遭遇所形成的。例如，如果黑洞主要是通過吸積生長的——一些物質(zhì)掉落到圓盤上的短暫例子，這會導(dǎo)致黑洞以相當(dāng)高的速度旋轉(zhuǎn)。相比之下，如果一個黑洞主要是通過與其他黑洞合并而增長的，那么每次合并都可能減緩速度，因?yàn)橐粋€黑洞的自轉(zhuǎn)與另一個的自轉(zhuǎn)相遇。
當(dāng)黑洞旋轉(zhuǎn)時，它會拖動周圍的時空。這種拖動效應(yīng)是Lense Thirring歲差的一個例子，這是一種長期存在的理論，描述了極強(qiáng)的引力場（如黑洞產(chǎn)生的引力場）對周圍空間和時間的拉動方式。通常情況下，這種影響在黑洞周圍并不明顯，因?yàn)榇筚|(zhì)量的物體不會發(fā)光。
但近年來，物理學(xué)家提出，在潮汐破壞事件（TDE）等情況下，科學(xué)家可能有機(jī)會追蹤恒星碎片拖動時發(fā)出的光。然后，他們可能希望測量黑洞的自轉(zhuǎn)。
特別是，在TDE過程中，科學(xué)家預(yù)測恒星可能從任何方向墜落到黑洞上，產(chǎn)生一個白熱化的碎片狀物質(zhì)盤，這些物質(zhì)可能相對于黑洞的自轉(zhuǎn)傾斜或錯位。（想象吸積盤是一個傾斜的圓環(huán)，它圍繞著一個有自己獨(dú)立旋轉(zhuǎn)的圓環(huán)洞旋轉(zhuǎn)。）
當(dāng)圓盤遇到黑洞的旋轉(zhuǎn)時，當(dāng)黑洞將其拉成一條直線時，它會擺動。最終，當(dāng)圓盤進(jìn)入黑洞的旋轉(zhuǎn)時，擺動會減弱。因此，科學(xué)家們預(yù)測，TDE的擺動盤應(yīng)該是黑洞自轉(zhuǎn)的可測量特征。
帕薩姆說：“但關(guān)鍵是要有正確的觀察結(jié)果。”。“唯一能做到這一點(diǎn)的方法是，一旦潮汐破壞事件發(fā)生，你需要用望遠(yuǎn)鏡在很長一段時間內(nèi)連續(xù)觀察這個物體，這樣你就可以探測從幾分鐘到幾個月的各種時間尺度。”
高節(jié)奏的接球
在過去的五年里，帕薩姆一直在尋找足夠明亮、足夠接近的潮汐破壞事件，以快速跟進(jìn)和追蹤倫斯·蒂林歲差的跡象。2020年2月，他和他的同事們很幸運(yùn)地探測到了AT2020ocn，這是一種明亮的閃光，從大約10億光年外的星系發(fā)出，最初是由Zwicky瞬態(tài)設(shè)施在光帶中發(fā)現(xiàn)的。
從光學(xué)數(shù)據(jù)來看，閃光似乎是TDE之后的最初時刻。帕薩姆懷疑，由于TDE既明亮又相對較近，它可能是尋找圓盤擺動跡象的理想候選者，并可能測量宿主星系中心黑洞的自轉(zhuǎn)。但要做到這一點(diǎn)，他需要更多的數(shù)據(jù)。
帕薩姆說：“我們需要快速、高節(jié)奏的數(shù)據(jù)。”。“關(guān)鍵是要盡早捕捉到這一點(diǎn)，因?yàn)檫@種進(jìn)動或擺動只會在早期出現(xiàn)。任何時候，圓盤都不會再擺動了。”
研究小組發(fā)現(xiàn)，美國國家航空航天局的NICER望遠(yuǎn)鏡能夠捕捉到TDE，并在幾個月的時間里持續(xù)關(guān)注它。NICER是中子星內(nèi)部成分ExploreR的縮寫，是國際空間站上的一臺X射線望遠(yuǎn)鏡，用于測量黑洞和其他極端引力物體周圍的X射線輻射。
Pasham和他的同事在最初檢測到潮汐破壞事件后的200多天里查看了NICER對AT2020ocn的觀測結(jié)果。他們發(fā)現(xiàn)，這一事件發(fā)射的X射線似乎每15天達(dá)到一次峰值，持續(xù)了幾個周期，最終逐漸消失。
他們將這些峰值解釋為TDE的吸積盤正面擺動，直接向NICER的望遠(yuǎn)鏡發(fā)射X射線，然后在繼續(xù)發(fā)射X射線時擺動離開（類似于每15天向某人揮舞一次手電筒）。
研究人員采用了這種擺動模式，并將其納入Lense Thirring進(jìn)動的原始理論中。根據(jù)對黑洞質(zhì)量和被破壞恒星質(zhì)量的估計，他們能夠?qū)诙吹淖赞D(zhuǎn)做出估計——不到光速的25%。
他們的研究結(jié)果標(biāo)志著科學(xué)家首次利用潮汐破壞事件后擺動圓盤的觀測結(jié)果來估計黑洞的自轉(zhuǎn)。隨著魯賓天文臺等新望遠(yuǎn)鏡在未來幾年上線，帕薩姆預(yù)計會有更多的機(jī)會來確定黑洞的自轉(zhuǎn)。
帕薩姆說：“超大質(zhì)量黑洞的旋轉(zhuǎn)告訴你這個黑洞的歷史。”。“即使魯賓捕捉到的一小部分有這種信號，我們現(xiàn)在也有了一種方法來測量數(shù)百個TDE的自旋。然后我們就可以對黑洞如何隨著宇宙年齡的增長而進(jìn)化做出重大聲明。”