天文学家刚刚计算出超大质量黑洞的自旋速度

一场被超大质量吞噬的盛宴黑洞距离地球10亿光年揭示了黑洞绕其轴旋转的速度。

麻省理工学院(MIT)的天体物理学家Dheeraj Pasham领导的一个团队说,当黑洞醒来并被喂食时,光斑的变化是由旋转和摆动的物质盘产生的 - 这种摆动给了我们黑洞中心的旋转速度。

这是科学家首次能够根据黑洞的摆动吸积盘计算黑洞的自旋速度,这为我们提供了一种了解宇宙中最奇怪、最密集的物体的新工具。

它旋转的速度有多快?不到光速的 25%。对于黑洞来说,这是相当缓慢的。就其本身而言,它不是一个令人 惊讶有用的数字 - 但能够找到它的含义非常令人兴奋。

“通过在未来几年用这种方法研究几个系统,”帕沙姆 说“天文学家可以估计黑洞自旋的整体分布,并了解它们如何随时间演变的长期问题。

超大质量黑洞是潜伏在星系中心的利维坦。这些大质量物体的质量是太阳质量的数百万到数十亿倍,是帮助将星系结合在一起的引力枢纽,并在它们的演化中发挥着重要作用。它们还有一系列行为,从静止到非常活跃,以宇宙中产生的一些最明亮的耀斑闪耀着时空。

这种光不是由黑洞本身产生的:它们的密度如此之高,以至于摆脱引力控制所需的速度高于真空中的光。相反,光线来自在它们进入时围绕它们旋转的物质:一个厚厚的圆环,围绕着一个进入黑洞的圆盘,就像水流入下水道.

2020年,天文学家看到了一些有趣的东西。在大约十亿光年外的一个星系中,一个以前静止的黑洞突然产生了一个巨大的耀斑,命名为AT2020OCN系列.从位于那片天空的望远镜获得的数据显示,最可能的原因是潮汐破坏事件 - 这是猛烈引力(潮汐)被一颗经过恒星的黑洞内脏(破坏)。

当恒星被拉开时,它被肢解的内脏在恒星周围形成一个白热的圆盘。而且由于恒星可以从任何方向接近黑洞,因此该圆盘可能与黑洞的自旋错位。这可能会产生摆动或进动,因为黑洞将其拉扯到与它的自旋对齐——有点像欧拉圆盘落到位。

由于摆动和自旋是相互关联的,因此理论上前者可能是测量后者的一种方式。

“但关键是要有正确的观察,”帕沙姆 说.“你能做到这一点的唯一方法是,一旦潮汐破坏事件发生,你需要让望远镜连续观察这个物体,持续很长时间,这样你就可以探测各种时间尺度,从几分钟到几个月。

我们有仪器扫描天空,寻找突然变亮的东西,所以我们设法尽早捕捉到了AT2020ocn。然后,Pasham和他的同事们继续观察和监测这个新耀斑的星系,在它爆发的早期,在它稳定下来之前捕捉到圆盘的进动。

他们发现,在沉降之前,星系每15天左右就会在X射线中耀斑一段时间,这与圆盘的进动有关。当他们将其与黑洞的估计质量(大约是太阳质量的250万倍)结合起来时,他们能够计算出黑洞的旋转速度。

就其本身而言,这些数据只能告诉我们一个黑洞,但真正酷的部分才是技术。潮汐破坏事件发生的频率足够高,以至于我们能够用即将到来的仪器来捕捉和监测它们鲁宾天文台,我们也许能够编制出不同自旋的分布图,这将使我们能够更多地了解黑洞的行为和随时间的变化。

“超大质量黑洞的自旋告诉你那个黑洞的历史,”帕沙姆 说.“即使Rubin捕获的一小部分具有这种信号,我们现在也有办法测量数百个TDE的自旋。然后,我们就可以对黑洞如何在宇宙年龄中演化发表重要声明。

该研究已发表在自然界.

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