天文學家首次利用擺動的恒星材料測量超大質量黑洞的自轉。來源：uux.cn/CC0公共域
（神秘的學家星材地球uux.cn）據麻省理工學院（Jennifer Chu）：麻省理工學院、美國國家航空航天局和其他地方的首次天文學家有了一種新的方法來測量黑洞旋轉的速度，方法是利用料測量超量黑利用其恒星盛宴帶來的不穩定后果。
該方法利用了黑洞潮汐破壞事件的擺動優勢，即黑洞對經過的恒大質洞恒星施加潮汐并將其撕成碎片的明亮時刻。當恒星被黑洞巨大的自轉潮汐力破壞時，一半的天文恒星被吹走，另一半被拋向黑洞周圍，學家星材產生一個由旋轉恒星物質組成的首次熾熱吸積盤。
麻省理工學院領導的利用料測量超量黑團隊已經證明，新創建的擺動吸積盤的擺動是計算出中心黑洞固有自轉的關鍵。
在《自然》雜志上發表的恒大質洞一項研究中，天文學家報告稱，自轉他們通過追蹤潮汐破壞事件后黑洞立即產生的天文X射線閃光模式，測量了附近超大質量黑洞的自轉。
研究小組對這些閃光進行了幾個月的跟蹤研究，確定它們很可能是一個明亮熾熱的吸積盤的信號，當它被黑洞自身的旋轉推動和拉動時，吸積盤來回擺動。
通過追蹤圓盤的擺動是如何隨時間變化的，科學家們可以計算出圓盤受到黑洞自轉影響的程度，進而計算出黑洞本身的自轉速度。他們的分析表明，黑洞的自轉速度不到光速的25%，而且相對較慢。
該研究的主要作者、麻省理工學院研究科學家Dheeraj“DJ”Pasham表示，未來幾年，這種新方法可以用來測量本地宇宙中數百個黑洞的自旋。如果科學家們能夠調查附近許多黑洞的自轉，他們就可以開始了解這些引力巨星是如何在宇宙歷史上進化的。
“通過在未來幾年用這種方法研究幾個系統，天文學家可以估計黑洞自旋的總體分布，并了解它們如何隨時間演變的長期問題，”麻省理工學院卡夫利天體物理和空間研究所的成員Pasham說。
該研究的合著者包括來自多個機構的合作者，包括美國國家航空航天局、捷克共和國馬薩里克大學、利茲大學、雪城大學、特拉維夫大學、波蘭科學院等。
切碎的熱量
隨著時間的推移，每個黑洞都有一個固有的自旋，這個自旋是由其宇宙遭遇所形成的。例如，如果黑洞主要是通過吸積生長的——一些物質掉落到圓盤上的短暫例子，這會導致黑洞以相當高的速度旋轉。相比之下，如果一個黑洞主要是通過與其他黑洞合并而增長的，那么每次合并都可能減緩速度，因為一個黑洞的自轉與另一個的自轉相遇。
當黑洞旋轉時，它會拖動周圍的時空。這種拖動效應是Lense Thirring歲差的一個例子，這是一種長期存在的理論，描述了極強的引力場（如黑洞產生的引力場）對周圍空間和時間的拉動方式。通常情況下，這種影響在黑洞周圍并不明顯，因為大質量的物體不會發光。
但近年來，物理學家提出，在潮汐破壞事件（TDE）等情況下，科學家可能有機會追蹤恒星碎片拖動時發出的光。然后，他們可能希望測量黑洞的自轉。
特別是，在TDE過程中，科學家預測恒星可能從任何方向墜落到黑洞上，產生一個白熱化的碎片狀物質盤，這些物質可能相對于黑洞的自轉傾斜或錯位。（想象吸積盤是一個傾斜的圓環，它圍繞著一個有自己獨立旋轉的圓環洞旋轉。）
當圓盤遇到黑洞的旋轉時，當黑洞將其拉成一條直線時，它會擺動。最終，當圓盤進入黑洞的旋轉時，擺動會減弱。因此，科學家們預測，TDE的擺動盤應該是黑洞自轉的可測量特征。
帕薩姆說：“但關鍵是要有正確的觀察結果。”。“唯一能做到這一點的方法是，一旦潮汐破壞事件發生，你需要用望遠鏡在很長一段時間內連續觀察這個物體，這樣你就可以探測從幾分鐘到幾個月的各種時間尺度。”
高節奏的接球
在過去的五年里，帕薩姆一直在尋找足夠明亮、足夠接近的潮汐破壞事件，以快速跟進和追蹤倫斯·蒂林歲差的跡象。2020年2月，他和他的同事們很幸運地探測到了AT2020ocn，這是一種明亮的閃光，從大約10億光年外的星系發出，最初是由Zwicky瞬態設施在光帶中發現的。
從光學數據來看，閃光似乎是TDE之后的最初時刻。帕薩姆懷疑，由于TDE既明亮又相對較近，它可能是尋找圓盤擺動跡象的理想候選者，并可能測量宿主星系中心黑洞的自轉。但要做到這一點，他需要更多的數據。
帕薩姆說：“我們需要快速、高節奏的數據。”。“關鍵是要盡早捕捉到這一點，因為這種進動或擺動只會在早期出現。任何時候，圓盤都不會再擺動了。”
研究小組發現，美國國家航空航天局的NICER望遠鏡能夠捕捉到TDE，并在幾個月的時間里持續關注它。NICER是中子星內部成分ExploreR的縮寫，是國際空間站上的一臺X射線望遠鏡，用于測量黑洞和其他極端引力物體周圍的X射線輻射。
Pasham和他的同事在最初檢測到潮汐破壞事件后的200多天里查看了NICER對AT2020ocn的觀測結果。他們發現，這一事件發射的X射線似乎每15天達到一次峰值，持續了幾個周期，最終逐漸消失。
他們將這些峰值解釋為TDE的吸積盤正面擺動，直接向NICER的望遠鏡發射X射線，然后在繼續發射X射線時擺動離開（類似于每15天向某人揮舞一次手電筒）。
研究人員采用了這種擺動模式，并將其納入Lense Thirring進動的原始理論中。根據對黑洞質量和被破壞恒星質量的估計，他們能夠對黑洞的自轉做出估計——不到光速的25%。
他們的研究結果標志著科學家首次利用潮汐破壞事件后擺動圓盤的觀測結果來估計黑洞的自轉。隨著魯賓天文臺等新望遠鏡在未來幾年上線，帕薩姆預計會有更多的機會來確定黑洞的自轉。
帕薩姆說：“超大質量黑洞的旋轉告訴你這個黑洞的歷史。”。“即使魯賓捕捉到的一小部分有這種信號，我們現在也有了一種方法來測量數百個TDE的自旋。然后我們就可以對黑洞如何隨著宇宙年齡的增長而進化做出重大聲明。”

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