天文学家测量超大质量黑洞的自转速度

为了做到这一点,他们观察了第二个绕第一个黑洞运行的黑洞

图片来源:NASA/JPL/CALTECH

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黑洞可能质量巨大,但它们也非常紧凑。这种性质的结合使得在广阔的宇宙距离上评估它们成为一项挑战。为了更多地了解这些物体的物理性质,天文学家必须想出测量技巧。一个国际天文学家团队最近发明了一种新的技巧:在《天体物理学杂志通讯》中,成员们报告了如何利用相互轨道束缚的两个巨洞的相互作用来确定黑洞的自旋。

OJ 287,一个双超大质量黑洞系统,距离地球约35亿光年。该星系的主要黑洞估计重达180亿个太阳质量;第二个只有1.5亿个太阳质量。由于尺寸上的巨大差异,较小的黑洞沿着一个轨道穿过围绕较大黑洞旋转的超热物质盘。这些“爆发”事件总是在12年轨道内发生,并被天文学家读取为系统可见光的变化,而可见光在很大程度上是由超热物质产生的。

这种现象的可预测性以及较小黑洞椭圆轨道的相关进动或偏移,帮助天文学家为2015年11月和12月OJ 287的两次爆发做准备。通过精确测量爆发期间系统光辐射的变化,天文学家能够间接测量较大黑洞的自旋。他们发现,根据广义相对论,它的自旋速度是最大允许速度的31%。


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这些数据,以及早期的观测结果,清楚地表明轨道周期正在随着时间推移而缩短。这是因为系统在发射引力波时正在损失能量——时空中的涟漪会从黑洞的轨道中窃取能量,导致它们收缩。换句话说,在OJ 287中,天文学家正在目睹两个超大质量黑洞的逐渐合并。正如大多数情侣所知,在任何合并前的准备阶段,都可能发生爆发和快速转变。

Caleb Scharf 是哥伦比亚天体生物学中心主任,也是多本书籍的作者,包括《哥白尼情结》(2014年)和《可缩放的宇宙》(2017年)。他为《大众科学》撰写了“生命,无界限”博客,并为许多其他出版物撰稿。Scharf 与他的妻子和两个女儿住在纽约市。

更多作者:Caleb Scharf
大众科学杂志 第 314 卷 第 5 期本文最初以“自旋周期”为标题发表于《大众科学杂志》第 314 卷第 5 期(),第 21 页
doi:10.1038/scientificamerican0516-21
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