就像海洋中的漩涡一样，太空中旋转的黑洞会在周围产生漩涡般的激流。然而，黑洞不会产生风或水的漩涡。相反，黑洞会产生由气体和尘埃组成的圆盘，加热到几亿度，在x射线下发光。利用美国宇航局钱德拉x射线天文台数据和跨越数十亿光年的偶然对准，天文学家已经部署了一项新技术来测量五个超大质量黑洞的自旋。其中一个宇宙漩涡中的物质，正以超过光速70%的速度绕着黑洞旋转，天文学家利用了一种叫做引力透镜的自然现象。
只要对准正确的方向，一个大的物体，比如一个大星系，所产生的时空弯曲，就能像爱因斯坦所预言的那样，放大并产生一个遥远物体的图像。在这项最新研究中，天文学家利用钱德拉和引力透镜研究了6颗类星体，每颗类星体都由一个特大质量黑洞组成，该黑洞迅速吞噬了周围吸积盘中的物质。
这些类星体的光，通过一个星系的引力透镜作用产生了多个类星体的图像。如钱德拉望远镜中四个目标的图像所示：钱德拉的清晰成像能力是分离每个类星体的多个透镜图像所必需的。研究人员在这项研究中取得的关键进展是，他们利用了“微透镜”，即在中间的透镜星系中，单个恒星为类星体发出的光提供了额外放大。
放大倍数越高，意味着产生x射线辐射的区域越小。然后，研究人员利用了旋转黑洞拖拽空间的特性，使得物质比非旋转黑洞更接近黑洞的轨道。因此，与紧密轨道相对应的较小发射区域通常意味着更快旋转的黑洞。研究人员从微透镜分析中得出结论，x射线来自如此小的区域，以至于黑洞一定在快速旋转。
结果表明，在透镜状类星体中，有一个被称为“爱因斯坦十字”的黑洞正在以或几乎以最大可能的速度旋转。这相当于视界，黑洞的不返回点，以光速旋转，大约6.7亿英里每小时。样本中的其他四个黑洞旋转速度平均只有最大速度的一半左右。对于爱因斯坦交叉星系，x射线发射来自于小于视界2。5倍大小的圆盘，而对于其他4个类星体，x射线来自于视界4到5倍大小的区域。
这些黑洞怎么能转得这么快？研究人员认为，这些超大质量黑洞可能是在数十亿年的时间里，从一个旋转方向和自旋方向相似的吸积盘中积累了大部分物质而成长起来，而不是从随机方向。就像旋转木马不断被推向同一个方向，黑洞不断加速。钱德拉探测到的x射线是由黑洞周围吸积盘，在黑洞附近的盘上方形成数百万度的云或日冕时产生。来自日冕的x射线反射到吸积盘内边缘，黑洞附近强大的引力扭曲了反射的x射线光谱。
也就是说，在不同能量下看到的x射线数量，在这里研究的类星体x射线光谱中，所看到的巨大扭曲表明，盘的内边缘一定是靠近黑洞的，这进一步证明了它们一定在快速旋转。类星体距离地球88亿光年到109亿光年，黑洞质量是太阳的1.6亿到5亿倍。这些观测是用钱德拉望远镜对引力透镜类星体进行的最长观测，总曝光时间在1.7天到5.4天之间。
参考期刊《Arxiv》《天体物理学》
Cite: arXiv:1901.06007
DOI: 10.3847/1538-4357/ab1d56
发表于 2020-1-29 15:02
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