银河系中心的超大质量黑洞正在接近宇宙速度极限,并拖着时空一起前进

flyaway 2023-11-15 13:26:20

我们银河系中心的超大质量黑洞不仅仅是在旋转——它几乎以最大速度旋转,拖着它附近的任何东西一起旋转。

物理学家利用美国宇航局的钱德拉x射线天文台观测物质流出物发出的x射线和无线电波,计算出了银河系超大质量黑洞——人马座A* (Sgr A*)的旋转速度。

黑洞的自旋速度被定义为“a”,并给定一个从0到1的值,其中1是到特定黑洞的最大旋转速度,这是光速的一个重要部分。宾夕法尼亚州立大学的物理学家Ruth a . Daly和同事们发现,Sgr a *的自转速度在0.84到0.96之间,接近黑洞宽度所定义的最高极限。

萨塞克斯大学物理学家泽维尔·卡尔梅特:“发现人马座A*以最大速度旋转,对我们理解黑洞的形成以及与这些迷人的宇宙物体相关的天体物理过程具有深远的意义。”

黑洞的旋转与其他宇宙物体的旋转不同。行星、恒星和小行星是具有物理表面的固体,而黑洞实际上是时空的一个区域,它被称为事件视界的外部非物理表面所包围,任何光线都无法逃逸。

“行星或恒星的旋转是由其质量分布决定的,而黑洞的旋转是由它的角动量来描述的,”卡尔梅特说。“由于黑洞附近的极端引力,旋转导致时空变得高度弯曲和扭曲,形成了所谓的遍层。这种效应是黑洞独有的,不会发生在行星或恒星等固体身上。”

这意味着,当黑洞旋转时,它们会扭曲时空的结构,并将遍历层内的任何东西都拖走。

这种现象被称为“框架拖拽”或“Lensing-Thirring效应”,这意味着要了解黑洞周围空间的行为方式,研究人员需要知道它的自旋。这种帧拖拽也会在黑洞周围产生奇怪的视觉效果。

“当光靠近旋转的黑洞时,时空的旋转导致光的路径弯曲或扭曲,这就导致了一种被称为引力透镜的现象,即由于旋转黑洞的引力影响,光的轨迹被弯曲。框架拖拽效应可以导致光环的形成,甚至产生黑洞的阴影。这些都是黑洞对光的引力影响的表现。”

理论上黑洞的最高速度是由它如何吞食物质以及它如何成长决定的。

“当物质落入黑洞时,它会增加黑洞的自旋,但它能拥有的角动量是有限的,”卡尔梅特说。“另一个因素是黑洞的质量。更大质量的黑洞具有更高的引力,这使得增加它们的自旋更具挑战性。

“此外,黑洞与其周围环境(如吸积盘)之间的相互作用可以传递角动量并影响黑洞的自旋,”他补充说。

这可以解释为什么Sgr A*的质量相当于大约450万个太阳,其旋转速度在0.84到0.96之间,而M87星系中心快速膨胀的超大质量黑洞——有史以来第一个被拍摄到的黑洞——的旋转速度在0.89到0.91之间,尽管它的质量相当于65亿个太阳。

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