科學家證實有史以來第一個拍攝到的M87星系中心黑洞正在旋轉

科學家證實有史以來第一個拍攝到的M87星系中心黑洞正在旋轉
傾斜吸積盤模型的示意圖。“假設黑洞的自轉軸是垂直排列的。射流的方向幾乎垂直于圓盤。黑洞自轉軸和圓盤旋轉軸之間的錯位觸發(fā)了圓盤和射流的進動。” | 圖片來源:崔玉柱等人。2023年,不可觸實驗室@Openverse和之江實驗室

一個國際科學家小組分析了二十多年來由 20 多個望遠鏡收集的觀測數(shù)據(jù),發(fā)現(xiàn)附近 M87 星系中心的黑洞正在旋轉。

日本國家天文臺的 Kazuhiro Hada 博士表示:“利用事件視界望遠鏡 (EHT) 對這個星系的黑洞成像取得成功后,這個黑洞是否在旋轉一直是科學家們關注的焦點?!?“現(xiàn)在預期已經變成了確定。這個怪物黑洞確實在旋轉?!?/p>

這項發(fā)表在本周《自然》雜志上的研究解釋說,M87 中心的超大質量黑洞(稱為 M87*)具有 11 年一周期的噴流底座運動周期,正如愛因斯坦廣義相對論所預測的那樣?!斑@項研究將噴流的動力學與中心超大質量黑洞聯(lián)系起來,提供了 M87 黑洞旋轉的證據(jù),”一份新聞稿稱。

科學家證實有史以來第一個拍攝到的M87星系中心黑洞正在旋轉
M87* 的令人難以置信的圖像由事件視界望遠鏡團隊于 2019 年發(fā)布。這是有史以來第一張黑洞照片。| 圖片來源:事件視界望遠鏡合作

該研究團隊由杭州研究機構之江實驗室博士后崔玉柱博士領導?!拔覀儗@一重大發(fā)現(xiàn)感到非常興奮,”玉柱說。“由于黑洞與盤面的錯位相對較小,且進動周期約為11年,因此二十年來追蹤M87結構的高分辨率數(shù)據(jù)的積累和徹底的分析對于獲得這一成果至關重要?!?/p>

新聞稿解釋說,像 M87* 這樣的超大質量黑洞“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,其速度接近光速并延伸到數(shù)千光年之外。”

一個多世紀以來,人們對巨大的吸積盤和噴流的觀測一直讓物理學家感到困惑。長期以來,人們一直認為該機制可能依賴于旋轉黑洞產生的能量。然而,黑洞的自旋可能是解釋黑洞如何運作時最本質的特征,但以前從未被直接觀察到。

最近,不同的科學家團隊對M87 強大的噴流進行了前所未有的詳細觀察,如下所示。

“當落入的物質由于角動量而繞黑洞運行時,它們會形成一個盤狀結構,然后逐漸向內螺旋,直到被命運地吸入黑洞。然而,如果黑洞正在旋轉,它會對周圍的時空產生重大影響,導致附近的物體沿著其旋轉軸被拖動,這種現(xiàn)象被稱為“參考系拖動”,這是愛因斯坦廣義相對論所預測的, ”補充道。

這項開創(chuàng)性的新研究表明,M87* 吸積盤的旋轉軸與黑洞的旋轉軸并不對齊,從而導致了“進動噴流”。事實證明,檢測進動有助于證明 M87* 正在旋轉,從而顯著增強人類對超大質量黑洞的理解。

該研究依賴于東亞VLBI網絡、甚長基線陣列、KVN和VERA聯(lián)合陣列以及東亞至意大利近全球網絡的170多個時期的觀測數(shù)據(jù)。超過20臺望遠鏡參與了這項研究,其中包括中國的射電望遠鏡。

科學家證實有史以來第一個拍攝到的M87星系中心黑洞正在旋轉
“頂圖:43 GHz 下的 M87 噴射結構基于 2013 年至 2018 年觀察到的兩年期堆積數(shù)據(jù)。白色箭頭表示每個子圖中的噴射位置角度。底部面板:基于 2000 年至 2022 年的年度堆疊圖像的最佳擬合結果。綠點和藍點分別是在 22 GHz 和 43 GHz 下觀測得到的。紅線代表根據(jù)進動模型的最佳擬合?!?| 圖片來源:Yuzhu Cui 等人,2023

還有很多東西需要學習。雖然新研究顯示了超大質量黑洞旋轉的證據(jù),但關于吸積盤結構和 M87* 自轉速率的精確值仍然存在重大問題。正如新研究預測的那樣,科學家發(fā)現(xiàn)并觀察具有類似結構的其他黑洞也至關重要。

M87* 距離地球約 5500 萬光年,一直是超大質量黑洞科學突破的主要參與者。2019年,它成為有史以來第一個被成像的超大質量黑洞。

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