天文學(xué)家首次利用擺動(dòng)的恒星材料測(cè)量超大質(zhì)量黑洞的自轉(zhuǎn)
天文學(xué)家首次利用擺動(dòng)的恒星材料測(cè)量超大質(zhì)量黑洞的自轉(zhuǎn)。來(lái)源：uux.cn/CC0公共域
（神秘的學(xué)家星材地球uux.cn）據(jù)麻省理工學(xué)院（Jennifer Chu）：麻省理工學(xué)院、美國(guó)國(guó)家航空航天局和其他地方的首次天津外圍（外圍女）外圍預(yù)約（電話微信199-7144-9724）提供頂級(jí)外圍女上門，優(yōu)質(zhì)資源可滿足你的一切要求天文學(xué)家有了一種新的方法來(lái)測(cè)量黑洞旋轉(zhuǎn)的速度，方法是利用料測(cè)量超量黑利用其恒星盛宴帶來(lái)的不穩(wěn)定后果。
該方法利用了黑洞潮汐破壞事件的擺動(dòng)優(yōu)勢(shì)，即黑洞對(duì)經(jīng)過(guò)的恒大質(zhì)洞恒星施加潮汐并將其撕成碎片的明亮?xí)r刻。當(dāng)恒星被黑洞巨大的自轉(zhuǎn)潮汐力破壞時(shí)，一半的天文恒星被吹走，另一半被拋向黑洞周圍，學(xué)家星材產(chǎn)生一個(gè)由旋轉(zhuǎn)恒星物質(zhì)組成的首次熾熱吸積盤。
麻省理工學(xué)院領(lǐng)導(dǎo)的利用料測(cè)量超量黑團(tuán)隊(duì)已經(jīng)證明，新創(chuàng)建的擺動(dòng)吸積盤的擺動(dòng)是計(jì)算出中心黑洞固有自轉(zhuǎn)的關(guān)鍵。
在《自然》雜志上發(fā)表的恒大質(zhì)洞一項(xiàng)研究中，天文學(xué)家報(bào)告稱，自轉(zhuǎn)他們通過(guò)追蹤潮汐破壞事件后黑洞立即產(chǎn)生的天文天津外圍（外圍女）外圍預(yù)約（電話微信199-7144-9724）提供頂級(jí)外圍女上門，優(yōu)質(zhì)資源可滿足你的一切要求X射線閃光模式，測(cè)量了附近超大質(zhì)量黑洞的自轉(zhuǎn)。
研究小組對(duì)這些閃光進(jìn)行了幾個(gè)月的跟蹤研究，確定它們很可能是一個(gè)明亮熾熱的吸積盤的信號(hào)，當(dāng)它被黑洞自身的旋轉(zhuǎn)推動(dòng)和拉動(dòng)時(shí)，吸積盤來(lái)回?cái)[動(dòng)。
通過(guò)追蹤圓盤的擺動(dòng)是如何隨時(shí)間變化的，科學(xué)家們可以計(jì)算出圓盤受到黑洞自轉(zhuǎn)影響的程度，進(jìn)而計(jì)算出黑洞本身的自轉(zhuǎn)速度。他們的分析表明，黑洞的自轉(zhuǎn)速度不到光速的25%，而且相對(duì)較慢。
該研究的主要作者、麻省理工學(xué)院研究科學(xué)家Dheeraj“DJ”Pasham表示，未來(lái)幾年，這種新方法可以用來(lái)測(cè)量本地宇宙中數(shù)百個(gè)黑洞的自旋。如果科學(xué)家們能夠調(diào)查附近許多黑洞的自轉(zhuǎn)，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(jìn)化的。
“通過(guò)在未來(lái)幾年用這種方法研究幾個(gè)系統(tǒng)，天文學(xué)家可以估計(jì)黑洞自旋的總體分布，并了解它們?nèi)绾坞S時(shí)間演變的長(zhǎng)期問(wèn)題，”麻省理工學(xué)院卡夫利天體物理和空間研究所的成員Pasham說(shuō)。
該研究的合著者包括來(lái)自多個(gè)機(jī)構(gòu)的合作者，包括美國(guó)國(guó)家航空航天局、捷克共和國(guó)馬薩里克大學(xué)、利茲大學(xué)、雪城大學(xué)、特拉維夫大學(xué)、波蘭科學(xué)院等。
切碎的熱量
隨著時(shí)間的推移，每個(gè)黑洞都有一個(gè)固有的自旋，這個(gè)自旋是由其宇宙遭遇所形成的。例如，如果黑洞主要是通過(guò)吸積生長(zhǎng)的——一些物質(zhì)掉落到圓盤上的短暫例子，這會(huì)導(dǎo)致黑洞以相當(dāng)高的速度旋轉(zhuǎn)。相比之下，如果一個(gè)黑洞主要是通過(guò)與其他黑洞合并而增長(zhǎng)的，那么每次合并都可能減緩速度，因?yàn)橐粋€(gè)黑洞的自轉(zhuǎn)與另一個(gè)的自轉(zhuǎn)相遇。
當(dāng)黑洞旋轉(zhuǎn)時(shí)，它會(huì)拖動(dòng)周圍的時(shí)空。這種拖動(dòng)效應(yīng)是Lense Thirring歲差的一個(gè)例子，這是一種長(zhǎng)期存在的理論，描述了極強(qiáng)的引力場(chǎng)（如黑洞產(chǎn)生的引力場(chǎng)）對(duì)周圍空間和時(shí)間的拉動(dòng)方式。通常情況下，這種影響在黑洞周圍并不明顯，因?yàn)榇筚|(zhì)量的物體不會(huì)發(fā)光。
但近年來(lái)，物理學(xué)家提出，在潮汐破壞事件（TDE）等情況下，科學(xué)家可能有機(jī)會(huì)追蹤恒星碎片拖動(dòng)時(shí)發(fā)出的光。然后，他們可能希望測(cè)量黑洞的自轉(zhuǎn)。
特別是，在TDE過(guò)程中，科學(xué)家預(yù)測(cè)恒星可能從任何方向墜落到黑洞上，產(chǎn)生一個(gè)白熱化的碎片狀物質(zhì)盤，這些物質(zhì)可能相對(duì)于黑洞的自轉(zhuǎn)傾斜或錯(cuò)位。（想象吸積盤是一個(gè)傾斜的圓環(huán)，它圍繞著一個(gè)有自己獨(dú)立旋轉(zhuǎn)的圓環(huán)洞旋轉(zhuǎn)。）
當(dāng)圓盤遇到黑洞的旋轉(zhuǎn)時(shí)，當(dāng)黑洞將其拉成一條直線時(shí)，它會(huì)擺動(dòng)。最終，當(dāng)圓盤進(jìn)入黑洞的旋轉(zhuǎn)時(shí)，擺動(dòng)會(huì)減弱。因此，科學(xué)家們預(yù)測(cè)，TDE的擺動(dòng)盤應(yīng)該是黑洞自轉(zhuǎn)的可測(cè)量特征。
帕薩姆說(shuō)：“但關(guān)鍵是要有正確的觀察結(jié)果。”。“唯一能做到這一點(diǎn)的方法是，一旦潮汐破壞事件發(fā)生，你需要用望遠(yuǎn)鏡在很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)連續(xù)觀察這個(gè)物體，這樣你就可以探測(cè)從幾分鐘到幾個(gè)月的各種時(shí)間尺度。”
高節(jié)奏的接球
在過(guò)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(jìn)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(yùn)地探測(cè)到了AT2020ocn，這是一種明亮的閃光，從大約10億光年外的星系發(fā)出，最初是由Zwicky瞬態(tài)設(shè)施在光帶中發(fā)現(xiàn)的。
從光學(xué)數(shù)據(jù)來(lái)看，閃光似乎是TDE之后的最初時(shí)刻。帕薩姆懷疑，由于TDE既明亮又相對(duì)較近，它可能是尋找圓盤擺動(dòng)跡象的理想候選者，并可能測(cè)量宿主星系中心黑洞的自轉(zhuǎn)。但要做到這一點(diǎn)，他需要更多的數(shù)據(jù)。
帕薩姆說(shuō)：“我們需要快速、高節(jié)奏的數(shù)據(jù)。”。“關(guān)鍵是要盡早捕捉到這一點(diǎn)，因?yàn)檫@種進(jìn)動(dòng)或擺動(dòng)只會(huì)在早期出現(xiàn)。任何時(shí)候，圓盤都不會(huì)再擺動(dòng)了。”
研究小組發(fā)現(xiàn)，美國(guó)國(guó)家航空航天局的NICER望遠(yuǎn)鏡能夠捕捉到TDE，并在幾個(gè)月的時(shí)間里持續(xù)關(guān)注它。NICER是中子星內(nèi)部成分ExploreR的縮寫，是國(guó)際空間站上的一臺(tái)X射線望遠(yuǎn)鏡，用于測(cè)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(cè)到潮汐破壞事件后的200多天里查看了NICER對(duì)AT2020ocn的觀測(cè)結(jié)果。他們發(fā)現(xiàn)，這一事件發(fā)射的X射線似乎每15天達(dá)到一次峰值，持續(xù)了幾個(gè)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(dòng)，直接向NICER的望遠(yuǎn)鏡發(fā)射X射線，然后在繼續(xù)發(fā)射X射線時(shí)擺動(dòng)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(dòng)模式，并將其納入Lense Thirring進(jìn)動(dòng)的原始理論中。根據(jù)對(duì)黑洞質(zhì)量和被破壞恒星質(zhì)量的估計(jì)，他們能夠?qū)诙吹淖赞D(zhuǎn)做出估計(jì)——不到光速的25%。
他們的研究結(jié)果標(biāo)志著科學(xué)家首次利用潮汐破壞事件后擺動(dòng)圓盤的觀測(cè)結(jié)果來(lái)估計(jì)黑洞的自轉(zhuǎn)。隨著魯賓天文臺(tái)等新望遠(yuǎn)鏡在未來(lái)幾年上線，帕薩姆預(yù)計(jì)會(huì)有更多的機(jī)會(huì)來(lái)確定黑洞的自轉(zhuǎn)。
帕薩姆說(shuō)：“超大質(zhì)量黑洞的旋轉(zhuǎn)告訴你這個(gè)黑洞的歷史。”。“即使魯賓捕捉到的一小部分有這種信號(hào)，我們現(xiàn)在也有了一種方法來(lái)測(cè)量數(shù)百個(gè)TDE的自旋。然后我們就可以對(duì)黑洞如何隨著宇宙年齡的增長(zhǎng)而進(jìn)化做出重大聲明。” |
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