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钱德拉天文台显示黑洞的自转速度比同行慢
指南者留学 2022-06-30 14:03:35
阅读量：1358
天文学家对黑洞的自转进行了破纪录的测量，这是黑洞的两个基本属性之一。美国宇航局的钱德拉X射线天文台显示，这个黑洞的旋转速度比大多数较小的表亲都要慢。这是具有精确自旋测量的最大质量黑洞，并提供了有关宇宙中一些最大黑洞如何生长的提示。
超大质量黑洞的质量是太阳的数百万甚至数十亿倍。天文学家认为，几乎每个大星系的中心都有一个超大质量黑洞。虽然超大质量黑洞的存在没有争议，但科学家们仍在努力了解它们是如何生长和进化的。一个关键信息是黑洞旋转的速度。
“每个黑洞都可以用两个数字来定义：它的自旋和质量，”剑桥天文研究所（IoA）的Julia Sisk-Reynes说，他领导了这项研究，发表在皇家天文学会的每月通知上。虽然这听起来相当简单，但事实证明，对于大多数黑洞来说，计算出这些值是非常困难的。
为了这个结果，研究人员观察到X射线从一个被称为H1821 + 643的类星体中围绕黑洞旋转的物质盘反弹。类星体包含快速增长的超大质量黑洞，这些黑洞在黑洞周围的小区域产生大量辐射。H1821+643的黑洞位于距离地球约34亿光年的星系团中，质量约为300亿至300亿太阳质量，是已知质量最大的黑洞之一。相比之下，我们银河系中心的超大质量黑洞重约四百万个太阳。
黑洞附近的强引力改变了不同能量下X射线的强度。变化越大，圆盘的内边缘必须更接近黑洞的不返回点，称为事件视界。因为旋转的黑洞会拖曳周围的空间，并允许物质比非旋转黑洞更接近它的轨道，所以X射线数据可以显示黑洞旋转的速度。
“我们发现H1821 + 643中的黑洞旋转速度大约是大多数黑洞的一半，重量在大约一百万到一千万个太阳之间，”合著者克里斯托弗雷诺兹教授说，他也是IoA的。“百万美元的问题是：为什么？”
答案可能在于这些超大质量黑洞是如何生长和演化的。这种相对缓慢的自旋支持了这样一种观点，即像H1821 + 643这样质量最大的黑洞通过与其他黑洞合并来经历大部分增长，或者当它们的大圆盘被破坏时，气体被随机地向内拉。
以这些方式生长的超大质量黑洞可能经常经历较大的自旋变化，包括减速或向相反方向扳手。因此，预测是，应该观察到质量最大的黑洞比它们质量较小的亲戚具有更宽的自旋速率范围。
另一方面，科学家们预计质量较小的黑洞会从围绕它们旋转的气体盘中积累大部分质量。因为这样的圆盘被认为是稳定的，所以进入的物质总是从一个方向接近，这将使黑洞旋转得更快，直到它们达到可能的最大速度，即光速。
“这个超大质量物体的适度旋转可能证明了宇宙最大黑洞的暴力，混乱的历史，”合著者詹姆斯马修斯博士说，他也是IoA。“它还可能让人们深入了解未来数十亿年后，当银河系与仙女座和其他星系碰撞时，我们银河系的超大质量黑洞会发生什么。
这个黑洞提供的信息补充了天文学家对银河系和M87中看到的超大质量黑洞的了解，这些黑洞是用事件视界望远镜成像的。
在这些情况下，黑洞的质量是众所周知的，但自旋不是。
美国宇航局的马歇尔太空飞行中心负责管理钱德拉计划。史密森尼天体物理天文台的钱德拉X射线中心控制着马萨诸塞州剑桥市的科学操作和马萨诸塞州伯灵顿的飞行操作。
参考文献： Júlia Sisk-Reynés等人，“来自星团托管的类星体H1821 + 643中高质量超大质量黑洞的X射线反射的适度自旋的证据。皇家天文学会月刊（2022）。DOI： 10.1093/mnras/stac1389
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