宇宙中大约有 1000 亿个 超大质量黑洞，它们像持续不断的宇宙飓风一样 旋转。现在，一个国际天文学家团队发现了一种利用黑洞潮汐破坏事件（TDE）后产生的晃动余波来测量黑洞自旋速度的新方法。这种新方法在 5 月 22 日发表于《自然》杂志的一项 研究 中有详细介绍，并揭示了黑洞演化过程。
你让我团团转
所有黑洞都有一个由其漫长宇宙遭遇塑造而成的 特征自旋。如果一个黑洞主要通过恒星物质落入其吸积盘的实例增长，它的自旋就会更快。而一个主要通过 与其他黑洞合并 来增长的黑洞，自旋速度会较慢，因为每一次合并都可能因为自旋的相遇而减慢速度。
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当黑洞旋转时，它会拖拽周围的时空一起旋转。这种拖拽效应是 Lense-Thirring 进动 的一个例子。这个 已有 106 年历史的理论 描述了非常强的引力场如何作用于周围的时空。这种效应通常在黑洞周围并不明显，因为黑洞 不发射任何光。
追踪闪光
物理学家最近提出，在发生 黑洞潮汐破坏事件 (TDE) 后，科学家有机会追踪被拖拽的恒星碎片的 it，从而测量黑洞的自旋。
在这项 研究 中，该团队利用一次黑洞 TDE 来开发一种测量黑洞自旋的新方法。TDE 是在黑洞对经过的恒星施加潮汐力并将其撕裂时发生的明亮时刻。当恒星被 黑洞巨大的潮汐力 撕裂时，一半的恒星被吹散。另一半则围绕黑洞 spread，形成一个炙热的、旋转的恒星物质吸积盘。
科学家预测，在 TDE 期间，恒星可能从任何方向落入黑洞。这种坠落会产生一个由被撕裂的炽热物质组成的盘，该盘的倾角可能相对于黑洞的自旋。当盘与黑洞的自旋相互作用时，它会晃动，因为黑洞会将其拉入对齐状态。晃动最终会停止，因为盘会稳定在黑洞的自旋中。 当盘与黑洞的自旋相互作用时，它会晃动，因为黑洞会将其拉入对齐状态，这可能使 TDE 的晃动盘成为测量黑洞自旋的标志。
“但关键是要有正确的观测，”该研究的合著者、麻省理工学院天体物理学家 Dheeraj “DJ” Pasham 在一份 声明 中说。“唯一的办法是，一旦发生潮汐破坏事件，就要立即用望远镜连续、长时间地观测这个天体，这样才能探测到从几分钟到几个月的所有时间尺度。”
2020 年 2 月，该团队探测到一个来自距离地球约 10 亿光年的星系发出的明亮闪光，该星系被 指定为 AT2020ocn。光学数据显示，这次闪光是 TDE 发生后的最初时刻。由于它非常明亮且相对靠近，该团队认为这是一个测量黑洞宿主星系中心自旋的绝佳候选者。
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他们利用安装在国际空间站上的 NASA 的 中子星内部成分探索者 (NICER) X 射线望远镜，在几个月的时间里持续观测了 AT2020ocn。在探测到潮汐破坏事件后的 200 多天里，他们一直对其进行跟踪。该事件发出了 X 射线闪光，这些闪光似乎每 15 天达到一次峰值，然后逐渐停止。
他们通过追踪黑洞在潮汐破坏事件后产生的 X 射线闪光模式，测量了一个附近超大质量黑洞的自旋。为了做到这一点，他们追踪了几个月的闪光，并确定它们很可能是由于一个明亮的炽热吸积盘的信号，该盘在黑洞的自旋推拉恒星物质时来回晃动。
对于黑洞来说，这相当慢
追踪 盘的晃动 随时间的变化，使科学家们能够确定盘受到黑洞自旋影响的程度。据 该团队 称，这揭示了黑洞自身的旋转速度。他们发现该黑洞的旋转速度不到光速的 25%。这个 速度 相对较慢，因为 黑洞天鹅座 X-1 目前的旋转速度非常接近 实际光速。
Pasham 说：“通过在未来几年内用这种方法研究几个系统，天文学家可以估计黑洞自旋的总体分布，并解决它们如何随时间演变的长期问题。”
在未来几年，这种新方法可以用来测量地球附近数百个 黑洞 的自旋。随着包括 鲁宾天文台 在内的新望远镜投入使用，将有更多机会确定这些自旋。
Pasham 说：“超大质量黑洞的自旋告诉你关于该黑洞的历史。即使是鲁宾天文台捕捉到的黑洞中只有一小部分具有这种信号，我们现在也有了一种测量数百个 TDE 自旋的方法。然后，我们就可以对黑洞在宇宙年龄中的演化做出重要论断。”