M87 的进动喷流揭示了黑洞的快速旋转 – 物理世界

新的射电观测发现，从梅西耶 87 星系 (M87) 中心的黑洞喷出的相对论性喷流在被旋转的黑洞拖曳时正在摇摆。 这是第一个直接证据，表明来自活跃星系的强大喷流是由快速而不是缓慢旋转的黑洞驱动的。

M87 是在室女座星系团中心发现的巨大椭圆星系，距离我们 55 万光年。 它因第一个拥有“影子”的超大质量黑洞而闻名 由事件视界望远镜拍摄时间回到 2019 年。M87 还产生强大的带电粒子射流，从黑洞延伸至少 5000 光年。 这股喷流是如此巨大和明亮，以至于在业余天文学家使用园艺设备拍摄的图像中甚至可以看到它。

尽管 M87 是一个多世纪前被发现拥有相对论性喷流的第一个星系，但现在已知有数千个星系和类星体拥有喷流。 这种喷流中的物质被围绕黑洞旋转的物质吸积盘的磁场所挖掘。 理论认为，喷流的能量是从黑洞的旋转能中提取的。

现在，一个由中国杭州浙江实验室崔玉柱领导的国际天文学家团队， 羽田一宏 日本高等研究大学和日本国家天文台的研究人员首次进行了直接支持这一理论的观察，并将结果发表在 自然.

哈达说：“这项研究最重要的意义之一是，旋转的黑洞对于产生强大的相对论性喷流至关重要，如 M87 和其他射电星系或类星体中所见。” 物理世界.

“如果结果得到证实，这将是我们对喷气式飞机理解的巨大飞跃，”补充道 雅尼斯·利奥达基斯 芬兰图尔库大学的教授，他没有参与这项研究。 2022 年，Liodakis 是一项研究的主要作者 进纸 自然 发现 M87 喷气机中存在激波锋和湍流。

旋转顶部

结合了 17 年的射电天文观测 东亚 VLBI 网络 （EAVN）， 很长的基线数组 （VLBA），KVN和VERA的联合阵列（卡瓦）和 东亚至意大利 近乎全球 (EATING) VLBI 网络总共有20多个射电望远镜，哈达和团队发现M87的喷流正在进动。

想象一下一个旋转的陀螺，它的旋转轴似乎绕了一圈。 M87 中的喷流垂直于吸积盘，但喷流和吸积盘都相对于黑洞的旋转轴未对准。 当黑洞旋转时，它会拖动周围的时空——这种效应被称为“参考系拖动”。 这样做时，它会拉动吸积盘，导致离轴射流指向的方向进动或摆动约 10 度，周期约为 11 年。

1973 年，物理学家约翰·惠勒 (John Wheeler) 提出了著名的无毛定理，即黑洞只需三个参数即可完全表征：质量、电荷和角动量（“头发”是其他一切事物的隐喻）所有其他信息都会进入黑洞并变得无法访问）。 M87的超大质量黑洞的质量约为太阳质量的6.5亿倍，其电荷被认为可以忽略不计。 然而，尽管对喷流被旋转黑洞拖曳时的进动进行了测量，但仍无法定义该旋转的速率。

黑洞自转速率

然而，人们可能会猜测，具有强大喷流的黑洞旋转速度会很快，而没有喷流的黑洞旋转速度往往会更慢。

“喷流进动周期取决于黑洞自转和吸积盘的大小，”哈达说。 不幸的是，M87的光盘尺寸并不为人所知。 在他们的理论模型中，该团队假设每年旋转 40 次，但这只是一种可能的解决方案——不同圆盘尺寸的不同旋转值也可以解释进动程度。

新的黑洞图像揭示了磁场

“尽管如此，黑洞的自转时间尺度很可能比喷流和圆盘进动的时间尺度短得多，”哈达说。 “衡量这次旋转的价值正是我们下一步要做的。 希望通过将我们的喷流监测和事件视界望远镜的黑洞电影结合起来，这将成为可能。”

利奥达基斯指出，了解快速旋转的黑洞驱动喷流是多么重要，因为它将帮助天文学家限制 M87 等星系中心吸积盘的大小以及此类喷流的组成。

“这并不是一个意外的结果，”利奥达基斯说。 “但得到直接确认确实很棒。”

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• Sumber: https://physicsworld.com/a/m87s-precessing-jet-reveals-black-holes-fast-spin/