在新的搅动的空时的研究中揭示了黑洞的自旋速度

(2024-05-25 16:58:37)

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在新的搅动的空时的研究中揭示了黑洞的自旋速度

By Robert Lea

published 20 hours ago

Black Holes

科学家们通过研究一颗被超大质量黑洞摧毁的恒星的“意大利面化”残骸计算出了一个旋转的超大质量黑洞的速度。

黑洞能在一种叫一个潮汐破坏事件的现象中撕裂开恒星。(Image credit: ESA)

一颗遭受了一个超大质量黑洞巨咬可怕的死亡的恒星的“摇摆”残骸已经帮助揭示了它的宇宙捕食者的旋转速度。

超大质量黑洞据信通过连续合并更小黑洞诞生，每个黑洞都带有它的加速诞生它们的黑洞的旋转的角动量。结果上，测量超大质量黑洞的自旋能许可探究它们的历史- 新的研究基于旋转黑洞对空间和时间的非常织造有的影响提供一种新的来做出这个推断的方法。

在这个研究的心脏上被注定灭亡的恒星在一个所谓的潮汐破坏事件（TDE）期间被一个超大质量黑洞以残酷的方式撕裂开。当一颗恒星冒险太靠近一个黑洞的大质量引力影响时这些事件被启动。一旦足够靠近，恒星内巨大的潮汐力被产生，这水平的挤压它同时垂直的拉伸它。这就是所谓的“意大利面化”，这是一个将恒星变成一串恒星意大利面的过程——但至关重要的是并非所有的恒星都被破坏性的黑洞吞噬。

其中一些物质被吹走，而它们中一些围着黑洞包裹，形成一个叫吸积盘的扁平云。这个吸积盘不仅逐渐的喂养中心黑洞，而且最初粉碎恒星的同一潮汐力也造成巨大的摩擦力加热这盘气体和尘埃，造成它来明亮的辉光。

进而，当超大质量黑洞旋转时它们一道拖曳着空时的非常织造（一个空间和时间的四维统一体）。这种所谓的“冷泽-提尔苓”或“框架拖曳”效应意味着在一个旋转的超大质量黑洞的边缘没有任何东西静止不动的。这种效应还造成新形成的黑洞吸积盘中一个短暂的“摆动”。

现在，一组研究人员已经发现吸积盘的“摆动”能被用来确定中心黑洞正在多快旋转。

麻省理工学院（MIT）的科学家德拉杰帕沙姆告诉太空网站， “框架拖曳是一种围绕所有旋转黑洞存在的一种效应，因此，如果破坏黑洞正在旋转，那么在潮汐破坏事件之后流向黑洞的恒星碎片流受到这种影响”。

神圣的热X射线恒星意大利面！

为调查潮汐破坏事件和框架拖拽，该团队花了五年时间寻找可以迅速跟进的黑洞诱发的谋杀恒星的明亮且相对接近的例子。目标是来发现由冷泽-提尔苓（Lense-Thirring）效应造成的吸积盘进动的迹象。

2020 年 2 月，这项搜索取得了成果。该团队设法来探测AT2020ocn，来自一个大约十亿光年外的星系的一个明亮闪光。AT2020ocn最初被兹维基瞬态设施在光学波长中发现，这些可见光数据表明该发射源于一个涉及一个质量在太阳的100万到1000万倍之间的超大质量黑洞的潮汐破坏事件。

帕沙姆说，“因为透镜-哆哆效应，来自新形成的热吸积盘的X射线进动或'摆动'。这表现为数据中X射线的调制，然而过了一会当吸积功率下降时引力迫使圆盘与黑洞对齐，之后摆动和X射线调制停止”。

帕沙姆及其同事怀疑发射了AT2020ocn的潮汐破坏事件可能是围绕狩猎冷泽-提尔苓进动的理想事件 - 并且因为这种类型的摆动仅在吸积盘被形成后早期出现，他们不得不迅速行动。

帕沙姆说，“关键是有刚好的观测，你能做到这一点的唯一方法是一旦一个潮汐破坏事件发生你需要让望远镜连续观察这个天体，持续很长时间，如此你能探测各种时间尺度，从几分钟到几个月”。

显示被一颗死星的碎片包围的一个旋转的并拖曳着空时（绿色网格）的超大质量黑洞的图。(Image credit: Robert Lea (created with Canva))

这就是美国宇航局的中子星内部成分探索器（NICER）进来的地方：位于国际空间站（ISS）上的一台X射线望远镜，测量围绕黑洞和其他超高密度紧凑大质量天体如中子星的X射线辐射。研究小组发现了中子星内部成分探索器不仅能够捕捉到潮汐破坏事件，而且安装在国际空间站上的X射线望远镜也能够持续的监测该事件随它在几个月内发展。

帕沙姆说，“我们发现了在一个潮汐破坏事件之后发射X射线的区域的X射线亮度和温度在一个15天的时间尺度上是调制的，这种反复出现的15天X射线信号在三个月后消失掉”。

该团队的发现也提交一个令人惊讶。

对黑洞的质量和被破坏恒星的质量的估计揭示了黑洞不像预期的那么快旋转。帕沙姆说，“有点令人惊讶的是黑洞的旋转没有那么快- 仅不到光速的25%”。