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天文新发现聚焦“爱因斯坦十字”,百亿光年外超大黑洞以近光速旋转

2019年7月8日7:09 环球解密

    像海洋里的漩涡一样,高速旋转的黑洞在宇宙空间中也会“搅出”激流,转得越快威力越大。然而,黑洞产生的不是风涡或水涡,而是围绕在其周围由尘埃和气体组成的吸积盘(accretion disc)。这些吸积盘内温度高达几亿度,并发出X射线。

    爱因斯坦十字(Einstein’s Cross)位于飞马座内,是引力透镜效应最著名的例证之一。它包括较远处一个类星体的四重影像,以及较近处被称为修兹劳的透镜的前景星系核心。

    天文学家称,旋转中的黑洞对周围时空产生参考系拖拽(frame-dragging)或惯性系拖拽(Inertial frame dragging)效果,意思是说转得越快的黑洞,其周围的吸积盘距离中心越近。

    高速旋转的吸积盘在其上方产生冠状物质(corona)并发出X射线。X射线区域越小,说明这个吸积盘距离中心越近,也就意味着这个黑洞转的越快。

    一组科学家利用新技术观测吸积盘放射X射线的区域范围,算出了五个距离地球88亿至109亿光年处类星体内吸积盘和黑洞旋转的速度,最快的一个吸积盘转速达0.7倍光速,意味着其内部黑洞事件视界(event horizon)的转速接近光速。这是迄今为止科学家认为黑洞能达到的最快转速。

    类星体就是类似恒星的天体的简称,它们是极度明亮、非常活跃的星系内核。现在天文学家发现,大多数星系的核心都有一个特大质量黑洞,这些大型黑洞为类星体提供能量。类星体是目前观测到的宇宙中最明亮的天体类型之一。

    奥克拉荷马大学(University of Oklahoma)的天文学家戴新宇(Xinyu Dai,音译)和同事们,利用美国宇航局(NASA)钱德拉X射线天文台(Chandra X-ray Observatory)的数据,结合微引力透镜(microlensing)技术,探测到这些遥远天体内部小范围区域的情况——类似用放大镜观测这些天体的内部X射线的范围。

    他们发现,转得最快的是其中一颗名为“爱因斯坦十字”(Einstein’s Cross)的类星体,观测到它的X射线范围仅是黑洞事件视界范围的2.5倍,由此算出其吸积盘以70%光速旋转——是目前科学家见过的最快的转速。

    研究人员表示,这也意味着这个黑洞的事件视界以近光速旋转。一般认为黑洞的事件视界就是黑洞里外时空的分界线,简单理解就是黑洞的边缘。

    其它四个类星体检测到的X射线范围是各自内部黑洞事件视界的4~5倍,说明它们的转速是“爱因斯坦十字”黑洞的一半左右。

    研究人员说,这几个黑洞都非常大,有1.6亿至5亿倍太阳的质量。作为比较,我们银河系中心超大黑洞只有400个太阳质量,相对“平静”很多。

    这份研究7月2日发表在《天文物理期刊通讯》(Astrophysical Journal Letters)上。

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