黑洞的自轉有多快?最快的接近光速!

2020-12-05 宇宙研究僧

研究人員利用X射線計算了黑洞旋轉的速度,這可能有助於他們了解黑洞的進化過程。

黑洞就像一種巨大的野獸,它能消滅任何敢於穿越它們的東西。我們對這些看不見的、可怕的天體了解不多,但天文學家找到了一種研究它們神秘行為的新方法。

通過觀察一顆被黑洞撕裂的恆星發出的X射線,一組研究人員能夠計算出黑洞旋轉的速度——以接近光速50%的速度計時。這標誌著天文學家首次使用X射線來計算其難以置信的速度,X射線每131秒繞黑洞運行一周。這項研究,可能有助於將黑洞的年齡與速度聯繫起來。

這一發現可追溯到2014年11月,當時天文學家正在觀測距地球3億光年的星系。他們看到銀河系的中心超大質量黑洞引誘並撕開一顆經過的恆星。這一事件被稱為潮汐破壞耀斑,它產生的X射線輻射強度足以從地球上觀測到。由於黑洞本身不發射很多X射線,因此一組研究人員決定詳細研究這一事件。

幸運的是,在發現耀斑後,各種太空望遠鏡開始測量黑洞的X射線輻射。在梳理了他們的數據之後,麻省理工學院領導的團隊注意到了一種特殊的趨勢。他們發現,在黑洞視界附近每隔131秒就會出現一次X射線爆發——黑洞開始吞噬物質的地方。這些周期性的輻射持續了450天,使黑洞附近的X射線總輻射量增加了40%。

研究小組認為這些強大的輻射爆發實際上是由兩顆星而不是一顆星引起的。2014年的原始觀測結果仍然存在:一個黑洞吸引了一顆經過的恆星並將其撕成碎片。其中一些發出大量X射線輻射的恆星碎片被吸進了黑洞。不過,還有一些則停留在最內層的穩定圓軌道——即物體可以繞黑洞運行而不被黑洞吞噬的最近點。

在這個危險的近距離軌道上有另一顆恆星,被認為是一顆微小的、緻密的白矮星。研究人員認為,這顆矮星的引力把明亮的恆星殘骸拉了進來,在它周圍形成了一個X射線光環。每次恆星圍繞黑洞運行時都能看到這些X射線,即每131秒一次。

他們結合了恆星的軌道速度和黑洞的質量,這個質量被認為是太陽質量的一百萬倍,來計算黑洞旋轉的速度。根據他們的計算,黑洞的旋轉速度幾乎是光速的一半。

麻省理工學院(MIT)博士後、論文的主要作者德赫拉吉·帕沙姆(Dheeraj Pasham)在一次媒體發布會上說:這並不是超快的——還有其他一些黑洞的旋轉速度估計接近光速的99%。但這是我們第一次能夠利用潮汐幹擾耀斑來計算超大質量黑洞的旋轉速度。

這些事件只會發射幾百年的X光,所以捕獲X光的機率是極其罕見的。即便如此,研究人員計劃在年輕和年長的黑洞周圍尋找更多的耀斑事件。通過比較不同年齡黑洞的速度,研究人員可以確定它們是否會變得更快,並且隨著時間的推移變得更強大。這些數據可以揭示它們神秘的進化過程,並揭示它們是如何以星系的恆星為食的。

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