科學(xué)家證實(shí)有史以來(lái)第一個(gè)拍攝到的M87星系中心黑洞正在旋轉(zhuǎn)

一個(gè)國(guó)際科學(xué)家小組分析了二十多年來(lái)由 20 多個(gè)望遠(yuǎn)鏡收集的觀測(cè)數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)附近 M87 星系中心的黑洞正在旋轉(zhuǎn)。

日本國(guó)家天文臺(tái)的 Kazuhiro Hada 博士表示：“利用事件視界望遠(yuǎn)鏡 (EHT) 對(duì)這個(gè)星系的黑洞成像取得成功后，這個(gè)黑洞是否在旋轉(zhuǎn)一直是科學(xué)家們關(guān)注的焦點(diǎn)?！?“現(xiàn)在預(yù)期已經(jīng)變成了確定。這個(gè)怪物黑洞確實(shí)在旋轉(zhuǎn)。”

這項(xiàng)發(fā)表在本周《自然》雜志上的研究解釋說(shuō)，M87 中心的超大質(zhì)量黑洞（稱為 M87*）具有 11 年一周期的噴流底座運(yùn)動(dòng)周期，正如愛(ài)因斯坦廣義相對(duì)論所預(yù)測(cè)的那樣。“這項(xiàng)研究將噴流的動(dòng)力學(xué)與中心超大質(zhì)量黑洞聯(lián)系起來(lái)，提供了 M87 黑洞旋轉(zhuǎn)的證據(jù)，”一份新聞稿稱。

該研究團(tuán)隊(duì)由杭州研究機(jī)構(gòu)之江實(shí)驗(yàn)室博士后崔玉柱博士領(lǐng)導(dǎo)?！拔覀儗?duì)這一重大發(fā)現(xiàn)感到非常興奮，”玉柱說(shuō)?！坝捎诤诙磁c盤面的錯(cuò)位相對(duì)較小，且進(jìn)動(dòng)周期約為11年，因此二十年來(lái)追蹤M87結(jié)構(gòu)的高分辨率數(shù)據(jù)的積累和徹底的分析對(duì)于獲得這一成果至關(guān)重要?！?/p>

新聞稿解釋說(shuō)，像 M87* 這樣的超大質(zhì)量黑洞“由于非凡的引力和等離子體外流（稱為噴流）的力量，可以吸積大量物質(zhì)，其速度接近光速并延伸到數(shù)千光年之外?！?/p>

一個(gè)多世紀(jì)以來(lái)，人們對(duì)巨大的吸積盤和噴流的觀測(cè)一直讓物理學(xué)家感到困惑。長(zhǎng)期以來(lái)，人們一直認(rèn)為該機(jī)制可能依賴于旋轉(zhuǎn)黑洞產(chǎn)生的能量。然而，黑洞的自旋可能是解釋黑洞如何運(yùn)作時(shí)最本質(zhì)的特征，但以前從未被直接觀察到。

最近，不同的科學(xué)家團(tuán)隊(duì)對(duì)M87 強(qiáng)大的噴流進(jìn)行了前所未有的詳細(xì)觀察，如下所示。

“當(dāng)落入的物質(zhì)由于角動(dòng)量而繞黑洞運(yùn)行時(shí)，它們會(huì)形成一個(gè)盤狀結(jié)構(gòu)，然后逐漸向內(nèi)螺旋，直到被命運(yùn)地吸入黑洞。然而，如果黑洞正在旋轉(zhuǎn)，它會(huì)對(duì)周圍的時(shí)空產(chǎn)生重大影響，導(dǎo)致附近的物體沿著其旋轉(zhuǎn)軸被拖動(dòng)，這種現(xiàn)象被稱為“參考系拖動(dòng)”，這是愛(ài)因斯坦廣義相對(duì)論所預(yù)測(cè)的， ”補(bǔ)充道。

這項(xiàng)開(kāi)創(chuàng)性的新研究表明，M87* 吸積盤的旋轉(zhuǎn)軸與黑洞的旋轉(zhuǎn)軸并不對(duì)齊，從而導(dǎo)致了“進(jìn)動(dòng)噴流”。事實(shí)證明，檢測(cè)進(jìn)動(dòng)有助于證明 M87* 正在旋轉(zhuǎn)，從而顯著增強(qiáng)人類對(duì)超大質(zhì)量黑洞的理解。

該研究依賴于東亞VLBI網(wǎng)絡(luò)、甚長(zhǎng)基線陣列、KVN和VERA聯(lián)合陣列以及東亞至意大利近全球網(wǎng)絡(luò)的170多個(gè)時(shí)期的觀測(cè)數(shù)據(jù)。超過(guò)20臺(tái)望遠(yuǎn)鏡參與了這項(xiàng)研究，其中包括中國(guó)的射電望遠(yuǎn)鏡。

還有很多東西需要學(xué)習(xí)。雖然新研究顯示了超大質(zhì)量黑洞旋轉(zhuǎn)的證據(jù)，但關(guān)于吸積盤結(jié)構(gòu)和 M87* 自轉(zhuǎn)速率的精確值仍然存在重大問(wèn)題。正如新研究預(yù)測(cè)的那樣，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)并觀察具有類似結(jié)構(gòu)的其他黑洞也至關(guān)重要。

M87* 距離地球約 5500 萬(wàn)光年，一直是超大質(zhì)量黑洞科學(xué)突破的主要參與者。2019年，它成為有史以來(lái)第一個(gè)被成像的超大質(zhì)量黑洞。