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科学家测算超大质量黑洞吸积盘旋速 达到光速的70%

发布时间:2019-07-11 10:35:03  作者:漫步宇宙  来源:漫步宇宙  阅读:195

      超大质量黑洞周围环绕所谓的“吸积盘”,即由尘埃和气体构成的巨型旋转盘。吸积盘从数十亿光年外旋向超大质量黑洞,很难进行测算。不过,天文学家已经找到了一种途径。借助一项新技术,他们确定了5个吸积盘的旋转速度,其中一个吸积盘座落于大名鼎鼎的爱因斯坦十字架,它的旋速达到光速的70%。
    科学家测算超大质量黑洞吸积盘旋速 达到光速的70%
      大名鼎鼎的爱因斯坦十字架,是一个类星体
      巨大的吸积盘从几十亿光年外朝着超大质量黑洞旋转靠近。对这种现象进行测算将面临怎样的难度,我们可想而知。不过,天文学家已经找到了一种解决方案。借助一项新技术,他们确定了5个吸积盘的旋转速度,其中一个吸积盘座落于大名鼎鼎的爱因斯坦十字架,它的旋转速度达到光速的70%。研究论文刊登在《天体物理学杂志》上。
    科学家测算超大质量黑洞吸积盘旋速 达到光速的70%
      钱德拉望远镜观测到的引力透镜类星体
      科学家的解决方案是将X射线观测与一种被称之为“引力透镜”的宇宙效应相结合。宇宙中的某些天体拥有异乎寻常的质量,能够在周围产生一个强大的引力场,大质量星系和星系团便是其中的代表。当后面的光线穿过引力场时,强大的引力会弯曲光线的行进轨迹,形成引力透镜效应。具体地说,弯曲的光线会形成一个物体的多个影像,允许我们看到暗淡天体的细节。
      这种效应是天文学家的一个得力工具。宇宙中存在大量引力透镜天体,包括透镜类星体,这些星体的存在允许天文学家们洞察宇宙的演化。引力透镜天体是宇宙中最明亮的天体之一,超大质量黑洞的进食过程让星系核发出异常明亮的光芒。吸积盘环绕黑洞运行时的摩擦会产生强烈的辐射,甚至能够在数十亿光年外看到。透过引力透镜,我们能够捕捉到更多细节。
    科学家测算超大质量黑洞吸积盘旋速 达到光速的70%
      爱因斯坦十字架,也被称之为Q2237+030或者QSO 2237+0305,是一个引力透镜类星体
      在这项研究中,为了计算这5个透镜类星体(与地球的距离在88亿到109亿光年)的吸积盘旋速,研究小组添加了一个至关重要的要素。这个要素便是“微透镜”。微透镜与星系规模的透镜类似,但个头较小。它们利用透镜星系中个体恒星的透镜效应,而不是星系或者星系团。微透镜能够让影像进一步放大,这意味着一个较小的区域便可产生科学家观测到的X射线辐射。
      我们知道一个旋转黑洞会拖拽周围的时空,这种现象被称之为“惯性系拖曳效应”。这意味着吸积盘内缘的轨道与旋转黑洞之间的距离比不旋转的黑洞近。黑洞的旋转速度越快,这条轨道越近。
    科学家测算超大质量黑洞吸积盘旋速 达到光速的70%
      哈勃望远镜捕捉到的爱因斯坦十字架
      快速旋转吸积盘产生的X射线会在盘上方,靠近黑洞的区域形成一个高温冕。这些X射线从吸积盘内缘反弹,同时被黑洞的引力扭曲。X射线辐射区域较小说明对应的轨道非常紧凑,意味着黑洞一定以极快的速度旋转。利用美国宇航局钱德拉X射线望远镜的观测数据,研究小组计算出了黑洞吸积盘的旋转速度。
      在此次研究的黑洞中,爱因斯坦十字架黑洞吸积盘的旋速最快,接近可能的最大速度。X射线辐射从面积只有十字架事件视界2.5倍的区域发出。测算结果显示,旋转速度达到光速的70%。这意味着事件视界以光速旋转。其它4个黑洞并没有这么富有戏剧性。观测到的X射线辐射来自于规模4到5倍于事件视界的区域,吸积盘的旋速大约是爱因斯坦十字架黑洞的一半。
    科学家测算超大质量黑洞吸积盘旋速 达到光速的70%
      哈勃望远镜观测到的马蹄形爱因斯坦环
      所有5个吸积盘都出现很大幅度的扭曲,说明它们靠近黑洞,拥有很快的旋转速度。这些黑洞都拥有庞大的身躯,质量是太阳的1.6亿到5亿倍。相比之下,银河系超大质量黑洞的质量只有太阳的400万倍左右并且比较不活跃。
      研究人员认为类星体黑洞之所以极速旋转是因为它们在数十亿年时间里一直吸积物质;吸积方向与旋转方向相同。由于没有任何东西延缓它们的速度,它们的步伐不断加快。
      研究人员在论文中指出:“不幸的是,论文中阐述的旋转测算技术只能用于分析少数黑洞,即X射线光谱存在充分的信号-噪音比,才可利用当前的X射线望远镜进行观测。”
      科学家希望下一代望远镜能够帮助他们进一步揭示黑洞,尤其是类星体黑洞的秘密。