超大質量黑洞周圍環繞所謂的「吸積盤」，即由塵埃和氣體構成的巨型旋轉盤。吸積盤從數十億光年外旋向超大質量黑洞，很難進行測算。不過，天文學家已經找到了一種途徑。藉助一項新技術，他們確定了5個吸積盤的旋轉速度，其中一個吸積盤座落於大名鼎鼎的愛因斯坦十字架，它的旋速達到光速的70%。
大名鼎鼎的愛因斯坦十字架，是一個類星體巨大的吸積盤從幾十億光年外朝著超大質量黑洞旋轉靠近。對這種現象進行測算將面臨怎樣的難度，我們可想而知。不過，天文學家已經找到了一種解決方案。藉助一項新技術，他們確定了5個吸積盤的旋轉速度，其中一個吸積盤座落於大名鼎鼎的愛因斯坦十字架，它的旋轉速度達到光速的70%。研究論文刊登在《天體物理學雜誌》上。
錢德拉望遠鏡觀測到的引力透鏡類星體科學家的解決方案是將X射線觀測與一種被稱之為「引力透鏡」的宇宙效應相結合。宇宙中的某些天體擁有異乎尋常的質量，能夠在周圍產生一個強大的引力場，大質量星系和星系團便是其中的代表。當後面的光線穿過引力場時，強大的引力會彎曲光線的行進軌跡，形成引力透鏡效應。具體地說，彎曲的光線會形成一個物體的多個影像，允許我們看到暗淡天體的細節。
這種效應是天文學家的一個得力工具。宇宙中存在大量引力透鏡天體，包括透鏡類星體，這些星體的存在允許天文學家們洞察宇宙的演化。引力透鏡天體是宇宙中最明亮的天體之一，超大質量黑洞的進食過程讓星系核發出異常明亮的光芒。吸積盤環繞黑洞運行時的摩擦會產生強烈的輻射，甚至能夠在數十億光年外看到。透過引力透鏡，我們能夠捕捉到更多細節。
愛因斯坦十字架，也被稱之為Q2237+030或者QSO 2237+0305，是一個引力透鏡類星體在這項研究中，為了計算這5個透鏡類星體（與地球的距離在88億到109億光年）的吸積盤旋速，研究小組添加了一個至關重要的要素。這個要素便是「微透鏡」。微透鏡與星系規模的透鏡類似，但個頭較小。它們利用透鏡星系中個體恆星的透鏡效應，而不是星系或者星系團。
微透鏡能夠讓影像進一步放大，這意味著一個較小的區域便可產生科學家觀測到的X射線輻射。我們知道一個旋轉黑洞會拖拽周圍的時空，這種現象被稱之為「慣性系拖曳效應」。這意味著吸積盤內緣的軌道與旋轉黑洞之間的距離比不旋轉的黑洞近。黑洞的旋轉速度越快，這條軌道越近。
哈勃望遠鏡捕捉到的愛因斯坦十字架快速旋轉吸積盤產生的X射線會在盤上方，靠近黑洞的區域形成一個高溫冕。這些X射線從吸積盤內緣反彈，同時被黑洞的引力扭曲。X射線輻射區域較小說明對應的軌道非常緊湊，意味著黑洞一定以極快的速度旋轉。利用美國宇航局錢德拉X射線望遠鏡的觀測數據，研究小組計算出了黑洞吸積盤的旋轉速度。
在此次研究的黑洞中，愛因斯坦十字架黑洞吸積盤的旋速最快，接近可能的最大速度。X射線輻射從面積只有十字架事件視界2.5倍的區域發出。測算結果顯示，旋轉速度達到光速的70%。這意味著事件視界以光速旋轉。其它4個黑洞並沒有這麼富有戲劇性。觀測到的X射線輻射來自於規模4到5倍於事件視界的區域，吸積盤的旋速大約是愛因斯坦十字架黑洞的一半。
哈勃望遠鏡觀測到的馬蹄形愛因斯坦環所有5個吸積盤都出現很大幅度的扭曲，說明它們靠近黑洞，擁有很快的旋轉速度。這些黑洞都擁有龐大的身軀，質量是太陽的1.6億到5億倍。相比之下，銀河系超大質量黑洞的質量只有太陽的400萬倍左右並且比較不活躍。研究人員認為類星體黑洞之所以極速旋轉是因為它們在數十億年時間裡一直吸積物質；吸積方向與旋轉方向相同。
由於沒有任何東西延緩它們的速度，它們的步伐不斷加快。研究人員在論文中指出：「不幸的是，論文中闡述的旋轉測算技術只能用於分析少數黑洞，即X射線光譜存在充分的信號-噪音比，才可利用當前的X射線望遠鏡進行觀測。科學家希望下一代望遠鏡能夠幫助他們進一步揭示黑洞，尤其是類星體黑洞的秘密。
博科園｜譯： 牛樹軍轉自：漫步宇宙/qqtaikong博科園｜科學、科技、科研、科普