天文學(xué)家剛剛計(jì)算出超大質(zhì)量黑洞的自旋速度

一場(chǎng)被超大質(zhì)量吞噬的盛宴黑洞距離地球10億光年揭示了黑洞繞其軸旋轉(zhuǎn)的速度。

麻省理工學(xué)院（MIT）的天體物理學(xué)家Dheeraj Pasham領(lǐng)導(dǎo)的一個(gè)團(tuán)隊(duì)說，當(dāng)黑洞醒來并被喂食時(shí)，光斑的變化是由旋轉(zhuǎn)和擺動(dòng)的物質(zhì)盤產(chǎn)生的 - 這種擺動(dòng)給了我們黑洞中心的旋轉(zhuǎn)速度。

這是科學(xué)家首次能夠根據(jù)黑洞的擺動(dòng)吸積盤計(jì)算黑洞的自旋速度，這為我們提供了一種了解宇宙中最奇怪、最密集的物體的新工具。

它旋轉(zhuǎn)的速度有多快？不到光速的 25%。對(duì)于黑洞來說，這是相當(dāng)緩慢的。就其本身而言，它不是一個(gè)令人 驚訝有用的數(shù)字 - 但能夠找到它的含義非常令人興奮。

“通過在未來幾年用這種方法研究幾個(gè)系統(tǒng)，”帕沙姆 說“天文學(xué)家可以估計(jì)黑洞自旋的整體分布，并了解它們?nèi)绾坞S時(shí)間演變的長(zhǎng)期問題。

超大質(zhì)量黑洞是潛伏在星系中心的利維坦。這些大質(zhì)量物體的質(zhì)量是太陽(yáng)質(zhì)量的數(shù)百萬到數(shù)十億倍，是幫助將星系結(jié)合在一起的引力樞紐，并在它們的演化中發(fā)揮著重要作用。它們還有一系列行為，從靜止到非?；钴S，以宇宙中產(chǎn)生的一些最明亮的耀斑閃耀著時(shí)空。

這種光不是由黑洞本身產(chǎn)生的：它們的密度如此之高，以至于擺脫引力控制所需的速度高于真空中的光。相反，光線來自在它們進(jìn)入時(shí)圍繞它們旋轉(zhuǎn)的物質(zhì)：一個(gè)厚厚的圓環(huán)，圍繞著一個(gè)進(jìn)入黑洞的圓盤，就像水流入下水道.

2020年，天文學(xué)家看到了一些有趣的東西。在大約十億光年外的一個(gè)星系中，一個(gè)以前靜止的黑洞突然產(chǎn)生了一個(gè)巨大的耀斑，命名為AT2020OCN系列.從位于那片天空的望遠(yuǎn)鏡獲得的數(shù)據(jù)顯示，最可能的原因是潮汐破壞事件 - 這是猛烈引力（潮汐）被一顆經(jīng)過恒星的黑洞內(nèi)臟（破壞）。

當(dāng)恒星被拉開時(shí)，它被肢解的內(nèi)臟在恒星周圍形成一個(gè)白熱的圓盤。而且由于恒星可以從任何方向接近黑洞，因此該圓盤可能與黑洞的自旋錯(cuò)位。這可能會(huì)產(chǎn)生擺動(dòng)或進(jìn)動(dòng)，因?yàn)楹诙磳⑵淅兜脚c它的自旋對(duì)齊——有點(diǎn)像歐拉圓盤落到位。

由于擺動(dòng)和自旋是相互關(guān)聯(lián)的，因此理論上前者可能是測(cè)量后者的一種方式。

“但關(guān)鍵是要有正確的觀察，”帕沙姆 說.“你能做到這一點(diǎn)的唯一方法是，一旦潮汐破壞事件發(fā)生，你需要讓望遠(yuǎn)鏡連續(xù)觀察這個(gè)物體，持續(xù)很長(zhǎng)時(shí)間，這樣你就可以探測(cè)各種時(shí)間尺度，從幾分鐘到幾個(gè)月。

我們有儀器掃描天空，尋找突然變亮的東西，所以我們?cè)O(shè)法盡早捕捉到了AT2020ocn。然后，Pasham和他的同事們繼續(xù)觀察和監(jiān)測(cè)這個(gè)新耀斑的星系，在它爆發(fā)的早期，在它穩(wěn)定下來之前捕捉到圓盤的進(jìn)動(dòng)。

他們發(fā)現(xiàn)，在沉降之前，星系每15天左右就會(huì)在X射線中耀斑一段時(shí)間，這與圓盤的進(jìn)動(dòng)有關(guān)。當(dāng)他們將其與黑洞的估計(jì)質(zhì)量（大約是太陽(yáng)質(zhì)量的250萬倍）結(jié)合起來時(shí)，他們能夠計(jì)算出黑洞的旋轉(zhuǎn)速度。

就其本身而言，這些數(shù)據(jù)只能告訴我們一個(gè)黑洞，但真正酷的部分才是技術(shù)。潮汐破壞事件發(fā)生的頻率足夠高，以至于我們能夠用即將到來的儀器來捕捉和監(jiān)測(cè)它們魯賓天文臺(tái)，我們也許能夠編制出不同自旋的分布圖，這將使我們能夠更多地了解黑洞的行為和隨時(shí)間的變化。

“超大質(zhì)量黑洞的自旋告訴你那個(gè)黑洞的歷史，”帕沙姆 說.“即使Rubin捕獲的一小部分具有這種信號(hào)，我們現(xiàn)在也有辦法測(cè)量數(shù)百個(gè)TDE的自旋。然后，我們就可以對(duì)黑洞如何在宇宙年齡中演化發(fā)表重要聲明。

該研究已發(fā)表在自然界.

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