《星之陨落》揭示了时空在黑洞周围扭曲

2024年记录到的一次剧烈恒星扰动，为天文学家提供了迄今为止最全面的证据——黑洞扭曲着时空的织物。

这种效应被称为帧拖拽，或称透镜-透镜效应在距离地球约4亿光年的LED 145386 A星系中心观测它，使天文学家有机会观测广义相对论实时进行。

“这对物理学家来说是一份真正的礼物，因为我们证实了一个多世纪前的预测。”天体物理学家科西莫·因塞拉说英国卡迪夫大学的。“不仅如此，这些观测还让我们更多地了解了TDE的本质——当恒星被黑洞施加的巨大引力撕裂时。”

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帧拖拽是广义相对论的一种预测，很容易想象。想象一下把勺子放进蜂蜜里旋转。蜂蜜会随着勺子旋转，效果最接近勺子，距离越远效果越弱。

任何有质量引力的物体都会扭曲时空。每当那个质量在旋转时，时空就会以相应的扭曲扭曲。此前已有多次观测到帧拖拽现象，包括其对卫星的影响绕地球本身.

然而，在近地球，这种影响则很微妙。在质量是太阳几百万倍的天体周围，比如超大质量的物体，帧拖拽会更加明显黑洞使这些环境成为研究该现象运作的极佳实验室。

当然，缺点是超大质量黑洞通常距离太远，无法详细研究它们更微妙的活动。这意味着我们通常需要等待灾难性事件，比如恒星的毁灭，才能测量任何难以捉摸的行为。

这正是LEDA中心黑洞145386的例子，其质量约为太阳的500万倍。

2024年1月，兹维基瞬变设施记录到该天体突然变亮，科学家们认定这与潮汐扰动事件相符——当一颗经过的恒星被黑洞强大的引力撕裂时发出的尖叫光。这类事件是已知的，但极为罕见且极具趣味。因此，天文学家自然地继续关注。

“当恒星靠近超大质量黑洞时，黑洞强引力将其拉伸，最终将其撕裂，因此恒星的物质开始落在它身上。”天文学家圣地亚哥·德尔·帕拉西奥解释道瑞典查尔姆斯大学的。

“这样的事件会变得非常明亮;当光学望远镜发现了新的黑洞时，我们开始尽快在不同波长下观测黑洞。”

随着时间推移，一种奇怪的模式浮现出来。每隔19.6天，黑洞发出的X射线亮度会变化超过一个数量级。与此同时，该天体的无线电发射也发生了波动，变化幅度超过四个数量级。值得注意的是，这些X射线和无线电波动是同步的。

黑洞吞噬恒星被称为潮汐扰动事件，因为恒星被黑洞的潮汐力——即其引力——扰乱。此时，恒星不会立即消失在黑洞事件视界之外;其被肢解的内部喷涌而出，形成一个盘状结构，绕黑洞运行，逐渐向地平线坠落。

并非所有明星的材料都会倒下。天文学家认为，某些物质沿着磁力线被加速，向黑洞的极地移动，在那里被以巨大的力量发射到太空，产生接近光速的巨大物质喷流。

黑洞周围的吸积盘发射X射线;与此同时，喷气流的同步加速器产生了无线电光。两者同步波动表明整个结构像陀螺一样摇晃——这是框架拖拽的效果。

“这种跨带、高振幅和准周期的同步变异强烈表明吸积盘与喷流之间存在刚性耦合，喷流如同陀螺仪般围绕黑洞自转轴进动。”联合第一作者王彦安表示中国科学院。

共摆动盘和喷流的模型也得出了类似结果，证实了像LEDA 145386中那个难以控制的黑洞这样的天体，不仅可以作为研究吸积过程和喷流形成的实验室，也能用于测试广义相对论本身。

“通过展示黑洞可以拖拽时空并产生这种框架拖拽效应，我们也开始理解这一过程的机制。”因塞拉说.

“所以，就像带电物体旋转时会产生磁场一样，我们看到一个巨大旋转的物体——在这里指的是黑洞——会产生影响恒星和其他宇宙物体运动的引力磁场。”

该研究已发表于科学进展.

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