我科學家證黑洞自旋

據中新社北京消息：繼人類首次拍攝獲得第一張黑洞照片、實現黑洞陰影和強大噴流同框成像的“全景圖”之後，距離地球五千五百萬光年、質量為太陽六十五億倍的室女座星系團中超大質量星系M87中心黑洞最新又一次收穫重大發現——該黑洞噴流呈現周期性擺動，擺動周期約為十一年，振幅約為十度。

本報綜合報道

這項天文新發現成果由包括中國五家研究機構在內全球四十五個研究機構科研人員組成的國際科研團隊進行合作，通過分析多個甚長基線干涉測量(VLBI)網在二○○○年至二○二二年的觀測數據研究完成，結果符合愛因斯坦的廣義相對論關於“如果黑洞處於旋轉狀態，會導致參考系拖曳效應”的預測，成功將M87星系中心黑洞噴流的動力學與該黑洞的狀態聯繫起來，為M87黑洞自旋的存在提供了有力的觀測證據。

北京時間九月二十七日夜間，M87黑洞這一重磅成果論文在國際著名學術期刊《自然》上線發表。.

本項研究由之江實驗室、雲南大學中國西南天文研究所、上海交通大學李政道研究所、中國科學院上海天文台、中國科學院新疆天文台等領銜國際科研團隊合作開展。據該團隊介紹，活躍星系中心的超大質量黑洞，是宇宙中最具破壞性且最神秘天體之一。它們引力巨大，通過吸積盤“吃進”大量物質，同時也將物質以接近光速的高速“吐出”到數千光年以外。然而，超大質量黑洞、吸積盤和噴流之間的能量傳輸機制是怎樣的？這是一個困擾了物理學家和天文學家一個多世紀的難題。

目前，科學家們廣泛接受的理論認為，黑洞的角動量是能量的來源，一種可能是如果黑洞附近存在磁場且黑洞處於旋轉狀態，會如導體切割磁力線一般產生電場，從而加速黑洞周圍的電離體，最終部分物質會攜帶巨大的能量被噴射出去。其中，超大質量黑洞的自旋，是這一理論的關鍵因素，但黑洞自旋參數極難測量，甚至黑洞是否處於旋轉狀態至今尚沒有直接的觀測證據。

自旋參數極難測量

為此，國際科研團隊針對M87星系中心超大質量黑洞及其噴流進行研究。此前，天文學家於一九一八年首次在光學波段觀測到M87星系中的噴流，這也是人類觀測到的第一個宇宙噴流。M87星系因此成為天文學家研究黑洞與噴流之間關係的最佳目標源。

在這次研究中，科研人員通過分析最近二十三年來的VLBI觀測數據，成功捕捉到M87黑洞中噴流的周期性擺動。

成功測到噴流擺動

宇宙中到底有甚麼力量可以規律地改變能量巨大的黑洞噴流的方向？國際科研團隊基於觀測結果進行大量細緻的理論調研和分析，並使用超級計算機結合M87性質進行最新數值模擬，結果表明，當吸積盤的旋轉軸與黑洞的自旋軸存在夾角時，會因參考系拖曳效應導致整個吸積盤的擺動，而噴流受吸積盤的影響也產生擺動。探測到噴流的擺動可為M87中心黑洞的自旋提供有力的觀測證據，從而帶來對超大質量黑洞性質的新認知。

本研究成果論文第一作者兼通訊作者、之江實驗室博士後崔玉竹指出，由於黑洞自旋軸與吸積盤角動量之間的夾角較小、擺動周期又超過十年，積累超兩個周期的高分辨率數據，並對M87結構的仔細分析，都是獲得這一成果的必要條件。

日本國立天文台秦和弘博士補充說，繼使用事件視界望遠鏡拍攝到M87星系中的黑洞照片後，這個黑洞是否在自旋就一直是科學家們關注的最核心問題，這次研究成果從觀測上進一步肯定了以往的預期，這個饕餮般的黑洞確實在自旋。