天文学家首次可靠地测量了一个超大质量黑洞的自旋，展示了一种可能帮助解开这些怪物成长和演化之谜的技术。
研究人员确定，螺旋星系 NGC 1365 中心的巨大黑洞的自旋速度约为爱因斯坦广义相对论允许的最大速度的 84%。这一发现表明，至少一些超大质量黑洞正在快速旋转——之前的研究已经暗示了这一点，但未能证实。
“这是我们第一次真正可以说黑洞正在旋转，”研究合著者、帕萨迪纳加州理工学院的菲奥娜·哈里森告诉 SPACE.com。“我认为，这对理解黑洞如何成长所带来的希望是主要的意义。”
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用 X 射线光凝视黑洞
超大质量黑洞几乎是难以想象的巨大，有些黑洞的质量是我们太阳的 100 亿倍或更多。科学家认为，大多数星系（如果不是全部）的中心都潜伏着一个黑洞。[图集：宇宙中的黑洞]
NGC 1365 位于天炉座，距离地球约 5600 万光年，确实蕴藏着一个巨大的黑洞——质量相当于数百万个太阳。而且，这个庞然大物在吞噬气体和其他附近物质时，正在喷射出大量的能量，使其成为天文学家感兴趣的目标。
在这项新研究中，研究人员分析了两个 X 射线太空望远镜——欧洲航天局的 XMM-牛顿天文台和 NASA 的核光谱望远镜阵列 (NuSTAR)——在 2012 年 7 月对 NGC 1365 进行的观测。
通过专注于铁原子发射的高能光，望远镜能够追踪环绕 NGC 1365 黑洞并将其气体和尘埃漏斗到贪婪的巨口中的扁平旋转吸积盘的运动。
天文学家发现，这些排放物严重扭曲，表明吸积盘的内边缘可能非常靠近黑洞——足够近，以至于引力效应会严重破坏从吸积盘流出的 X 射线。哈里森说，这反过来意味着黑洞正在快速旋转，因为广义相对论指出，黑洞旋转得越快，它的吸积盘就越能靠近它。
但这只是一种解释。另一种观点认为，这种扭曲（以前在吸积盘排放物中观察到过）可能是由悬挂在超大质量黑洞和观测它的望远镜之间的气体云引起的。[宇宙中最奇异的黑洞]
“这一直是一个很大的争议——两者中哪个正在发生？”哈里森说。
确定黑洞的自旋
价值 1.65 亿美元的NuSTAR 望远镜于 2012 年 6 月刚刚发射，最终破解了这个谜题。
利用 NuSTAR 对高能 X 射线的超灵敏测量，天文学家计算出，所谓的 газовые облака 必须非常厚才能产生观测到的扭曲程度——厚到至少在 NGC 1365 黑洞的情况下，整个想法都站不住脚。
“为了穿透这些厚厚的云层，黑洞必须非常明亮，以至于基本上会把自己炸开，”哈里森说，她是 NuSTAR 任务的首席研究员。“因此，必然发生的事情是，我们看到的是这些相对论性扭曲。这意味着吸积盘正在靠近黑洞，这意味着黑洞一定在快速旋转。”
由哈佛-史密森天体物理学中心的圭多·里萨利蒂和意大利国家天体物理研究所的阿尔切特里天文台领导的研究小组计算出，这个旋转速度是广义相对论允许的速度的 84%。
这个数字很难理解，因为它不能很好地转化为英里/小时。但可以肯定地说，这个黑洞正在以令人难以置信的速度旋转。
“实际速度的类比不太正确，”哈里森说。“但你可以说的是，旋转的黑洞会扭曲它们周围的时空。如果你站在黑洞附近，基本上你的时空会被扭曲或拖拽，以至于你必须每四分钟旋转一次才能静止不动。”
这项新研究于今天（2 月 27 日）在《自然》杂志上在线发表。
了解黑洞的成长
天文学家认为，超大质量黑洞的大部分自旋是在它们成长过程中获得的，而不是天生就有的。因此，研究它们的旋转速度可以深入了解这些怪物是如何随着时间推移而演化的。
例如，NGC 1365 黑洞的超快自旋表明，它不是通过多次小型黑洞合并而成长起来的，哈里森说，因为许多此类混乱事件在同一方向上加速它的自旋的可能性非常低。
相反，NGC 1365 的中心黑洞更有可能通过一次主要的合并，或者仅仅是通过吞噬来自长期保持稳定的吸积盘的物质而获得自旋。
哈里森说，这项新研究代表了朝着更好地理解超大质量黑洞的性质和演化迈出的第一步。
“我们将进行更多这样的测量，”她说。“最终，你想要做的是拥有一个更大的望远镜，它可以实际测量更遥远的黑洞，这样我们就可以利用样本的统计数据来了解它们是如何在宇宙时间中成长的。”
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