黑洞,讓人痴迷的傢伙,它的旋轉之謎科學家終於搞定

2020-12-05 精闢生活

物理學家可能最終弄清楚了銀河系中可見的黑洞的旋轉速度,通過這樣做,我們比以往任何時候都更接近於弄清這些黑暗巨獸的全部情況。

名為4U1543-4的奇異點,圍繞著距離地球24,700光年的一顆恆星運行。它是科學家在我們這個空間區域發現的為數不多的類似物體之一,質量是太陽的9.4倍,並不是一個超大質量黑洞。大多數物理學家認為,黑洞在將所有質量壓縮到一個點之後,除了質量、電荷和自旋這三個數字外,其他都是一樣的。理論上,如果一個黑洞僅僅由電子或質子構成,那麼它可能帶有非常高的正電荷或負電荷,但在現實世界中,黑洞(就像宇宙中所有的大質量物體一樣)可能具有淨零電荷。現在,研究人員似乎已經成功地對這個黑洞的自旋進行了很好的測量。

就像空間中的任何東西一樣,這個被壓縮的奇點隱藏在黑洞的視界後面——在這個視界之外,連光都無法逃脫——自由地旋轉,以它在萬年來獲得的所有動量。但與恆星和行星不同的是,我們無法直接觀察太空中重點的旋轉速度。

相反,天文學家依靠的是代理:黑洞視界外被奇點旋轉牽引著的旋轉的物質雲。通過確定物質運動的速度,他們可以估算出奇點本身的角動量或自旋。

當然,由於這些氣體雲距離我們24,700光年,所以我們看不清楚。所以天文學家們沒有選擇去觀察一粒塵埃在黑洞的視界內完成一圈。相反,他們測量了在事件視界周圍的塵埃和氣體加速到極端速度時產生的x射線。這束光揭示了氣體和塵埃運動的速度,從而提供了關於奇點本身的信息。

之前對4U1543-4旋轉的兩次嘗試都導致了完全不一致的結果。這個新方法依賴於一個特定的燃燒事件的數據,當黑洞周圍的物質變得更加明亮時,也使用改進的技術來計算自旋。

天文學家用-1到1的數字來描述黑洞的自旋速率。一個完全不旋轉的黑洞自旋為0 A *,黑洞也有最大自旋速度,當它們接近1 A *或-1 A *時達到最大值。

2014年,加州大學洛杉磯分校天文學家馬克·莫裡斯在接受《今日宇宙》採訪時表示,隨著黑洞旋轉得越來越快,它的視界會越來越靠近奇點。黑洞不能旋轉得如此之快,以致其活動範圍消失並顯示出奇點。

研究人員發現,這個黑洞的自旋可能為0.67。在估計值周圍有很大的誤差條,最高可能是0.82,最低可能是0.59。但不管怎樣,研究人員在他們的論文中寫道,對於這種質量的黑洞來說,它的自旋速率是「中等」的。

描述這些結果的論文發表在3月5日的《皇家天文學會月刊》上,也可以在arXiv上找到。

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