人类首次“看见”的那个黑洞 被证明确实在自旋!

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  新华社上海9月27日电(记者张建松 董雪)在我国科学家主导、全球45个科研机构组成的国际科研团队共同努力下,人类首次“看见”的那个黑洞M87,被证明确实在自旋,这一现象符合爱因斯坦广义相对论的相关预测。

  9月27日,相关研究成果发表在国际学术期刊《自然》(Nature)。

  倾斜吸积盘模型的示意图 科研人员制图

  人类首次“看见”的那个黑洞,位于室女座一个巨椭圆星系M87的中心,距离地球5500万光年,质量约为太阳的65亿倍。2019年,科学家首次发布M87黑洞的图像,此后持续开展对M87黑洞的观测研究。

  这项最新研究成果的论文第一作者兼通讯作者、之江实验室博士后崔玉竹介绍,利用甚长基线干涉测量(VLBI)技术,科研人员在解析M87黑洞喷流结构过程中,惊奇地发现东亚VLBI网在2017年3月观测到的M87黑洞喷流指向,与以往有所不同。紧盯这一蛛丝马迹,通过深入分析近23年来全球多个VLBI网的观测数据,最终发现M87黑洞喷流呈现周期性摆动,摆动周期约为11年,振幅约为10度。这首次为黑洞自旋理论提供了最有力的观测证据。

  活动星系中心的超大质量黑洞,堪称宇宙中最具破坏性的神秘天体之一。它们引力巨大,通过吸积盘“吃进”大量物质,同时又将物质以接近光速的高速“吐出来”,力量之大可以“吐到”数千光年以外。宇宙中到底有什么力量可以改变黑洞喷流方向,使其产生周期性摆动呢?

  上图:2013年至2018年期间每两年合并后的M87喷流结构,观测频段为43GHz。下图:基于2000年至2022年以一年为单位合并的图像得出的最佳拟合结果。科研人员制图

  在更深入的研究中,科研团队基于观测结果进行了大量理论调研和细致分析,并使用超级计算机结合最新数据进行了数值模拟。结果证实:当吸积盘的旋转轴与黑洞的自旋轴存在夹角时,会因参考系“拖曳效应”导致整个吸积盘的摆动,而喷流受吸积盘的影响也会产生摆动。这一现象符合爱因斯坦的广义相对论预测的“如果黑洞处于旋转状态,会导致参考系拖曳效应”。

  云南大学中国西南天文研究所副研究员林伟康表示,虽然自旋是黑洞理论的基础假设,但此前并没有直接观测证实。此次研究成功地将M87黑洞喷流动力学,与该星系中心超大质量黑洞状态联系起来,在支撑基础理论的同时,为进一步揭开黑洞的神秘面纱提供了关键要素。

  甚长基线干涉测量(VLBI)技术,能将位于全球不同地点的多个射电望远镜联合起来,达到一架超大望远镜的观测效果。在这项最新研究中,使用了包括东亚VLBI网在内的多个国际观测网数据,全球共有超过20个射电望远镜为此项研究做出了贡献,其中包括中国科学院上海天文台65米天马望远镜和新疆天文台南山26米射电望远镜。

  自2017年起,我国的这两台射电望远镜持续参与东亚VLBI网观测,分别在提高观测灵敏度和角分辨率上发挥了重要作用。据中国科学院上海天文台台长沈志强介绍,该台已于近期在西藏日喀则开工建设一台40米射电望远镜,建成后将进一步提升东亚VLBI网的高分辨率毫米波成像观测能力。

  中国科学院国家天文台研究员、“中国天眼”首席科学家、之江实验室计算天文首席科学家李菂认为,我国科学家牵头取得的这项研究成果,离不开射电天文学与计算科学的深度融合。随着数据不断积累,之江实验室正在将人工智能、云计算等技术引入到天文领域,多学科携手共同探索宇宙奥秘。

新闻来源:央视新闻