天文學史上第一次,科學家觀察到黑洞如何旋轉時空

超自然現象探索官 2024-03-13 08:07:04

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愛因斯坦的廣義相對論告訴我們,大質量物體(包括黑洞)在旋轉時會涉及到周圍的時空。現在天文學家不僅能夠證實這一事實,而且只需通過觀察天鵝座 V404 系統中的黑洞就可以親眼看到它。

睡眠系統

V404 Cygni 是位于天鵝座的一個雙星系統和微類星體,距我們約 8,000 光年。它包含一顆比太陽稍小的早期 K 巨伴星,以及一個質量約爲 9 個太陽質量的黑洞。天文學家早在 1938 年就注意到了這個物體,當時它發出明亮的光芒。

隨後,類似的事件又發生了兩次:1956年和1989年。公衆直到 2015 年才了解到該系統。隨後,美國宇航局的雨燕衛星檢測到了一個休眠多年的雙星系統的活動。從那時起,V404 Cygni 一直受到甚長基線陣列(VLBA)的監測,該陣列實際上是由十個射電望遠鏡組成的組。

該系統本身非常接近,以至于新恒星正在迅速失去質量。黑洞“竊取”其同伴的物質,將其全部拉向自身。結果,事件視界附近的黑洞吸積盤變得更熱、更致密。由于它的噴流起源于圓盤的內部,或者說是黑洞本身,因此物質以光速 60% 的速度逃逸到外太空。

改變方向

通常,從黑洞極地區域逃逸的噴流在短時間內不會改變方向。然而,從這個意義上來說,天鵝座黑洞V404是個例外。它噴射的物質射流在很短的時間內多次改變方向。

“我們從未見過黑洞噴流在如此短的時間內改變方向,”主要作者詹姆斯·米勒-瓊斯說。

天文學家沒有發現這種行爲有任何異常;而且,它絕對符合愛因斯坦的廣義相對論。因此,旋轉的大質量物體很可能將周圍的時空卷入其旋轉中。這種所謂的“Lense-Thirring效應”,即慣性參照系的拖動。這正是新技術觀測V404 Cygni所記錄的。系統本身的架構非常成功,以至于還可以以70秒的快門速度獲得高質量的圖像。

太空陀螺

“天鵝座 V404 黑洞相對于其伴星軌道平面的旋轉軸發生了偏移。因此,拖動慣性參考系的效應等會使吸積盤的內部變形,並隨之拉動吸積盤。由于噴流來自那裏(或來自黑洞本身),它們的方向會發生變化,並且會出現振蕩,VLBA 記錄了這一點。這是我們能夠解釋天鵝座 V404 系統中發生如此快速進動這一事實的唯一機制,”詹姆斯·米勒-瓊斯解釋道。

由于旋轉部件軸線方向不匹配,圓盤內部像陀螺一樣扭曲擺動。在射流噴射的瞬間,環的方向急劇變化。此外,天文學家計算出,雖然天鵝座V404吸積盤寬1000萬公裏,但其內部區域只有幾千公裏是彎曲的。

然而,由于輻射壓力也作用在其上,它膨脹並變得像甜甜圈一樣。正如研究人員自己承認的那樣,這一發現對他們來說是完全出乎意料的事件。但多虧了他,他們對黑洞如何參與星系的演化有了更深入的了解。

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