2019 年 07 月 08 日
愛因斯坦十字( Einstein’s Cross )位于飛馬座內,是引力透鏡效應最著名的例證之一。它包括較遠處一個類星體的四重影像,以及較近處被稱為修茲勞的透鏡的前景星系核心。(J. Rhoads/WIYN/AURA/NOAO/NSF)
像海洋裡的漩渦一樣,高速旋轉的黑洞在宇宙空間中也會「攪出」激流,轉得越快威力越大。然而,黑洞產生的不是風渦或水渦,而是圍繞在其周圍由塵埃和氣體組成的吸積盤( accretion disc )。這些吸積盤內溫度高達幾億度,並發出 X 射線。
天文學家稱,旋轉中的黑洞對周圍時空產生參考系拖拽( frame-dragging )或慣性系拖拽( Inertial frame dragging )效果,意思是說轉得越快的黑洞,其周圍的吸積盤距離中心越近。
高速旋轉的吸積盤在其上方產生冠狀物質( corona )並發出 X 射線。 X 射線區域越小,說明這個吸積盤距離中心越近,也就意味著這個黑洞轉的越快。
一組科學家利用新技術觀測吸積盤放射 X 射線的區域範圍,算出了五個距離地球 88 億至 109 億光年處類星體內吸積盤和黑洞旋轉的速度,最快的一個吸積盤轉速達 0.7 倍光速,意味著其內部黑洞事件視界( event horizon )的轉速接近光速。這是迄今為止科學家認為黑洞能達到的最快轉速。
類星體就是類似恆星的天體的簡稱,它們是極度明亮、非常活躍的星系內核。現在天文學家發現,大多數星系的核心都有一個特大質量黑洞,這些大型黑洞為類星體提供能量。類星體是目前觀測到的宇宙中最明亮的天體類型之一。
奧克拉荷馬大學( University of Oklahoma )的天文學家戴新宇( Xinyu Dai ,音譯)和同事們,利用美國宇航局( NASA )錢德拉 X 射線天文台( Chandra X-ray Observatory )的數據,結合微引力透鏡( microlensing )技術,探測到這些遙遠天體內部小範圍區域的情況——類似用放大鏡觀測這些天體的內部 X 射線的範圍。
他們發現,轉得最快的是其中一顆名為「愛因斯坦十字」( Einstein’s Cross )的類星體,觀測到它的 X 射線範圍僅是黑洞事件視界範圍的 2.5 倍,由此算出其吸積盤以 70%光速旋轉——是目前科學家見過的最快的轉速。
研究人員表示,這也意味著這個黑洞的事件視界以近光速旋轉。一般認為黑洞的事件視界就是黑洞裡外時空的分界線,簡單理解就是黑洞的邊緣。
其它四個類星體檢測到的 X 射線範圍是各自內部黑洞事件視界的 4~5 倍,說明它們的轉速是「愛因斯坦十字」黑洞的一半左右。
研究人員說,這幾個黑洞都非常大,有 1.6 億至 5 億倍太陽的質量。作為比較,我們銀河系中心超大黑洞只有 400 個太陽質量,相對「平靜」很多。
這份研究 7 月 2 日發表在《天文物理期刊通訊》( Astrophysical Journal Letters )上。