天文學(xué)家首次利用擺動(dòng)的恒星材料測(cè)量超大質(zhì)量黑洞的自轉(zhuǎn)
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天文學(xué)家首次利用擺動(dòng)的恒星材料測(cè)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(guó)國(guó)家航空航天局和其他地方的首次福州漂亮外圍外圍上門外圍女姐上門（電話微信199-7144-9724）提供1-2線城市外圍上門外圍女，真實(shí)可靠快速安排30分鐘到達(dá)天文學(xué)家有了一種新的方法來測(cè)量黑洞旋轉(zhuǎn)的速度，方法是利用料測(cè)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(dòng)優(yōu)勢(shì)，即黑洞對(duì)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(shí)，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(gè)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(cè)量超量黑團(tuán)隊(duì)已經(jīng)證明，新創(chuàng)建的擺動(dòng)吸積盤的擺動(dòng)是計(jì)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(bào)告稱，自轉(zhuǎn)他們通過追蹤潮汐破壞事件后黑洞立即產(chǎn)生的天文福州漂亮外圍外圍上門外圍女姐上門（電話微信199-7144-9724）提供1-2線城市外圍上門外圍女，真實(shí)可靠快速安排30分鐘到達(dá)X射線閃光模式，測(cè)量了附近超大質(zhì)量黑洞的自轉(zhuǎn)。
研究小組對(duì)這些閃光進(jìn)行了幾個(gè)月的跟蹤研究，確定它們很可能是一個(gè)明亮熾熱的吸積盤的信號(hào)，當(dāng)它被黑洞自身的旋轉(zhuǎn)推動(dòng)和拉動(dòng)時(shí)，吸積盤來回?cái)[動(dòng)。
通過追蹤圓盤的擺動(dòng)是如何隨時(shí)間變化的，科學(xué)家們可以計(jì)算出圓盤受到黑洞自轉(zhuǎn)影響的程度，進(jìn)而計(jì)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(duì)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(cè)量本地宇宙中數(shù)百個(gè)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(gè)系統(tǒng)，天文學(xué)家可以估計(jì)黑洞自旋的總體分布，并了解它們?nèi)绾坞S時(shí)間演變的長(zhǎng)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(gè)機(jī)構(gòu)的合作者，包括美國(guó)國(guó)家航空航天局、捷克共和國(guó)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(shí)間的推移，每個(gè)黑洞都有一個(gè)固有的自旋，這個(gè)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(zhǎng)的——一些物質(zhì)掉落到圓盤上的短暫例子，這會(huì)導(dǎo)致黑洞以相當(dāng)高的速度旋轉(zhuǎn)。相比之下，如果一個(gè)黑洞主要是通過與其他黑洞合并而增長(zhǎng)的，那么每次合并都可能減緩速度，因?yàn)橐粋€(gè)黑洞的自轉(zhuǎn)與另一個(gè)的自轉(zhuǎn)相遇。
當(dāng)黑洞旋轉(zhuǎn)時(shí)，它會(huì)拖動(dòng)周圍的時(shí)空。這種拖動(dòng)效應(yīng)是Lense Thirring歲差的一個(gè)例子，這是一種長(zhǎng)期存在的理論，描述了極強(qiáng)的引力場(chǎng)（如黑洞產(chǎn)生的引力場(chǎng)）對(duì)周圍空間和時(shí)間的拉動(dòng)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(huì)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(huì)追蹤恒星碎片拖動(dòng)時(shí)發(fā)出的光。然后，他們可能希望測(cè)量黑洞的自轉(zhuǎn)。
特別是，在TDE過程中，科學(xué)家預(yù)測(cè)恒星可能從任何方向墜落到黑洞上，產(chǎn)生一個(gè)白熱化的碎片狀物質(zhì)盤，這些物質(zhì)可能相對(duì)于黑洞的自轉(zhuǎn)傾斜或錯(cuò)位。（想象吸積盤是一個(gè)傾斜的圓環(huán)，它圍繞著一個(gè)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(shí)，當(dāng)黑洞將其拉成一條直線時(shí)，它會(huì)擺動(dòng)。最終，當(dāng)圓盤進(jìn)入黑洞的旋轉(zhuǎn)時(shí)，擺動(dòng)會(huì)減弱。因此，科學(xué)家們預(yù)測(cè)，TDE的擺動(dòng)盤應(yīng)該是黑洞自轉(zhuǎn)的可測(cè)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(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)連續(xù)觀察這個(gè)物體，這樣你就可以探測(cè)從幾分鐘到幾個(gè)月的各種時(shí)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(cè)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(shí)刻。帕薩姆懷疑，由于TDE既明亮又相對(duì)較近，它可能是尋找圓盤擺動(dòng)跡象的理想候選者，并可能測(cè)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(dòng)或擺動(dòng)只會(huì)在早期出現(xiàn)。任何時(shí)候，圓盤都不會(huì)再擺動(dòng)了。”
研究小組發(fā)現(xiàn)，美國(guó)國(guó)家航空航天局的NICER望遠(yuǎn)鏡能夠捕捉到TDE，并在幾個(gè)月的時(shí)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(guó)際空間站上的一臺(tái)X射線望遠(yuǎn)鏡，用于測(cè)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(cè)到潮汐破壞事件后的200多天里查看了NICER對(duì)AT2020ocn的觀測(cè)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(gè)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(dòng)，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(shí)擺動(dòng)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(dòng)模式，并將其納入Lense Thirring進(jìn)動(dòng)的原始理論中。根據(jù)對(duì)黑洞質(zhì)量和被破壞恒星質(zhì)量的估計(jì)，他們能夠?qū)诙吹淖赞D(zhuǎn)做出估計(jì)——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(dòng)圓盤的觀測(cè)結(jié)果來估計(jì)黑洞的自轉(zhuǎn)。隨著魯賓天文臺(tái)等新望遠(yuǎn)鏡在未來幾年上線，帕薩姆預(yù)計(jì)會(huì)有更多的機(jī)會(huì)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(gè)黑洞的歷史。”。“即使魯賓捕捉到的一小部分有這種信號(hào)，我們現(xiàn)在也有了一種方法來測(cè)量數(shù)百個(gè)TDE的自旋。然后我們就可以對(duì)黑洞如何隨著宇宙年齡的增長(zhǎng)而進(jìn)化做出重大聲明。”