我們其實(shí)并不知道銀河系中心超大質(zhì)量黑洞的旋轉(zhuǎn)速度，但或許有方法找到它。

除非愛因斯坦的理論是錯(cuò)誤的，一個(gè)黑洞可以由三個(gè)性質(zhì)確定：電荷，質(zhì)量和自旋。由于黑洞俘獲的物質(zhì)是電中性的，黑洞應(yīng)當(dāng)近似不帶電。黑洞的質(zhì)量決定了其事件視界半徑，其可以通過多種方式測得：從周圍物質(zhì)的亮度到鄰近天體的運(yùn)動(dòng)軌跡。然而，黑洞的自旋卻相對(duì)難以研究得多。

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從黑洞發(fā)射的X射線如何向我們揭示黑洞的自旋。（來源：NASA/JPL-CaltechA）黑洞的自旋本質(zhì)上就是它的旋轉(zhuǎn)。就像恒星和行星，黑洞也圍繞其自身的自轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)。然而和恒星或行星不同，黑洞并沒有物質(zhì)性的表面。因此黑洞的自旋就和質(zhì)量一樣，是一種時(shí)空屬性。自旋決定了黑洞周圍的時(shí)空被其以何種程度翹曲。因此，為了測量黑洞的自旋，就需要研究黑洞附近的物質(zhì)如何運(yùn)轉(zhuǎn)。

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一部分超大質(zhì)量黑洞的自旋現(xiàn)在已經(jīng)被測出。對(duì)于少數(shù)活躍的黑洞，我們能夠研究黑洞吸積盤發(fā)射的X射線。這些X射線的能量會(huì)從黑洞的旋轉(zhuǎn)中得到提升，而我們可以通過對(duì)此提升進(jìn)行測量以得出黑洞的自旋。另外一種方式是直接對(duì)黑洞進(jìn)行成像，就像我們?cè)?jīng)對(duì)M87星系中心黑洞做過的一樣。在那個(gè)黑洞周圍的光環(huán)中，朝我們旋轉(zhuǎn)的一側(cè)看上去更加明亮。

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由于黑洞的自旋，光環(huán)的一側(cè)顯得更加明亮。（來源：EHT?Collaboration）但是我們并不知道距離我們最近的超大質(zhì)量黑洞，銀河系中心黑洞的自旋。銀河系中心黑洞不是非常活躍，并且它也比M87星系黑洞要小得多。因此我們并不能通過觀測其周圍的光去測量它的自旋。但天體物理學(xué)報(bào)通信里一篇新的論文卻認(rèn)為有另一種方式可以測量黑洞的自旋。

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這個(gè)方法為慣性系拖曳效應(yīng)。當(dāng)質(zhì)量旋轉(zhuǎn)時(shí)，它會(huì)輕微地扭曲周圍的空間。我們已知這是真實(shí)存在的，因?yàn)槲覀円呀?jīng)測量了地球自轉(zhuǎn)的慣性系拖曳效應(yīng)。同樣，黑洞的旋轉(zhuǎn)也會(huì)產(chǎn)生相同的慣性系拖曳效應(yīng)，并且通過測量，我們能確定黑洞的自旋速度。我們無法用測量地球方法在黑洞周圍的軌道上放置探測器，但是下一個(gè)方法可以做到。

S星團(tuán)圍繞著銀河系中的黑洞旋轉(zhuǎn)。圖片來源：NCSA,UCLA/Keck數(shù)百顆恒星圍繞著銀河系中心的黑洞運(yùn)動(dòng)。其中大約有四十顆稱它們?yōu)?/span>S恒星，其軌道距離黑洞非常近。隨著時(shí)間的推移，它們的軌道會(huì)因慣性系拖曳效應(yīng)而發(fā)生位移。如果我們可以測量所發(fā)生的位移，就可以隨之測量黑洞的自旋速度——黑洞的自旋速度越大，S恒星的軌道位移就越大。

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在這項(xiàng)新工作中，科研團(tuán)隊(duì)研究了S恒星的軌道，發(fā)現(xiàn)沒有慣性系拖曳效應(yīng)?？紤]到我們對(duì)這些恒星軌道的了解程度，我們知道銀河系中心黑洞的旋轉(zhuǎn)必須很緩慢?？蒲袌F(tuán)隊(duì)確定S恒星的轉(zhuǎn)速在0-1的范圍內(nèi)不得超過0.1，這意味著它的轉(zhuǎn)速小于小區(qū)黑洞最大可能轉(zhuǎn)速的10%。相比之下，黑洞M87的轉(zhuǎn)速至少為0.4。

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相關(guān)知識(shí)

黑洞是一個(gè)時(shí)空區(qū)域，它的引力非常強(qiáng)，以至于沒有任何粒子，電磁輻射能夠從中逃逸，例如：光[1]。廣義相對(duì)論預(yù)測，足夠大的質(zhì)量會(huì)是時(shí)空扭曲，從而形成黑洞[2] [3]。無法逃脫的區(qū)域邊界稱為事件視界。盡管事件視界對(duì)穿過它的物體的環(huán)境和狀態(tài)有著巨大的影響，但是根據(jù)廣義相對(duì)論，它沒有局部可檢測的特征[4]。在許多方面，黑洞猶如一個(gè)理想化的黑體，因?yàn)樗环瓷淙魏喂饩€[5] [6]。此外，彎曲時(shí)空中的量子場論預(yù)測，事件視界會(huì)發(fā)射霍金輻射，其光譜與黑體相同，其質(zhì)量與溫度成反比。對(duì)于恒星質(zhì)量的黑洞，該溫度約為十億分之一開爾文溫度，所以無法觀察到。

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作者：?BRIAN KOBERLEIN

FY：Astronomical volunteer team

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