撰文：罗伯特.李                 2023年11月14日

位于银河系中心的超大质量黑洞的图像，科学家认为它正在以最快的速度旋转。（图片：EHT Collaboration）

位于我们银河系中心的超大质量黑洞，不仅仅是在旋转——它以几乎最高的速度旋转，并拖动靠近它的任何物体。

物理学家利用美国宇航局的钱德拉X射线天文台，观测物质外流产生的X射线和无线电波，计算了银河系超大质量黑洞人马座A*（Sgr A*）的旋转速度。

黑洞的自旋速度被定义为“a”，并给定一个从0到1的值，其中1是特定黑洞的最大旋转速度，这是光速的一个重要部分。宾夕法尼亚州立大学物理学家鲁思.A.戴利其同事发现，Sgr A*的旋转速度在0.84到0.96之间，接近黑洞宽度的上限。研究小组在10月21日发表在《皇家天文学会月报》上的一项研究中，描述了Sgr A*的惊人速度。

苏塞克斯大学的理论物理学家泽维尔.卡尔迈特没有参与这项研究，他在一封电子邮件中告诉<<生活科学>>：“发现Sgr A*以最大速度旋转，对我们理解黑洞的形成以及与这些迷人的宇宙物体相关的天体物理过程，有着深远的影响。”

黑洞是这样一种拖滞力

黑洞的自转与其他宇宙物体的自转不同。行星、恒星和小行星都是有物理表面的固体，而黑洞实际上是由一个称为“视界事件”的，外部非物理表面界定的时-空区域，在视界事件之外，即使光也不能逃逸。

卡尔迈特说：“虽然行星或恒星的旋转由其质量的分布决定，但黑洞的旋转则由其角动量来描述。由于黑洞附近的极端引力，旋转导致时空高度弯曲和扭曲，形成了所谓的遍历层。这种效应是黑洞独有的，行星或恒星等固体不会产生这种效应。”

这意味着，当黑洞旋转时，它们会扭曲时-空结构，并拖动遍历层中的任何东西。

这种现象被称为“帧拖动”或“Lensing Thirring效应”，意味着要了解黑洞周围空间的行为方式，研究人员需要了解它的自转。这种帧拖滞也会在黑洞周围，产生奇怪的视觉效果。

卡尔迈特说：“当光靠近旋转的黑洞时，时-空的旋转会导致光的路径弯曲或扭曲。这导致了一种称为引力透镜的现象，即由于旋转黑洞的引力影响，光的轨迹发生弯曲。帧拖滞效应可以导致光环的形成，甚至产生黑洞的阴影。这些都是黑洞对光的引力影响的表现。”

黑洞的理论最高速度取决于，它吞噬物质的方式以及它的生长方式。

卡尔迈特说：“当物质落入黑洞时，它会增加黑洞的自转，但它所能拥有的角动量是有限的。 另一个因素是黑洞的质量，质量越大的黑洞引力越大，增加其自转就越困难。”

他补充道：“此外，黑洞与其周围环境（如吸积盘）之间的相互作用，可以传递角动量并影响黑洞的自转。”

这可以解释为什么Sgr A*的质量相当于大约450万个太阳，其自转速度在0.84到0.96之间，而M87星系中心的迅速吞噬超大质量型黑洞，是有史以来第一个被拍摄到的黑洞— 尽管拥有65亿个太阳的质量，但它的自转速度在0.89到0.91之间。