科学家称,银河系黑洞的旋转速度接近最大
模拟旋转黑洞周围的发光气体。 (克里斯·怀特/普林斯顿大学)
选取宇宙中的任何物体,它都可能在旋转。 小行星翻滚翻滚,行星和卫星绕轴旋转,甚至旋转。
对于所有旋转的物体来说,它的旋转都有一个最大速率。 这我们的银河系正以接近最大速度旋转。
对于地球这样的物体,最大旋转速率由其表面重力定义。 我们站在地球上感受到的重量不仅仅是由于地球的引力。
重力将我们拉向世界中心,但地球自转也往往将我们向外抛离地球。 这种“离心”力很小,但这确实意味着您在赤道处的重量仅略小于在北极或南极处的重量。
在我们一天 24 小时的情况下,赤道和极地之间的重量差异仅为 0.3%。 但每天工作10小时意味着差异为19%。 以至于土星在赤道处稍微向外弯曲。
现在想象一下一颗行星自转速度如此之快以至于差异达到 100%。 到那时,行星的引力和赤道处的离心力将相互抵消。
如果世界旋转得再快一点,它就会飞散。 它可能会以更慢的旋转速度飞散,但这显然是最大旋转速度。
对于黑洞来说,情况有点不同。 黑洞不是具有物理表面的物体。 它们不是由会飞散的材料制成的。 但它们仍然有最大旋转速度。
黑洞的定义是其巨大的引力,它扭曲了它们周围的空间和时间。 黑洞的事件视界标志着附近物体的不归路,但是它不是一个物理表面。
黑洞的旋转也不是由物理质量的旋转定义的,而是由黑洞周围时空的扭曲定义的。 当地球等物体旋转时,它们周围的空间会轻微扭曲。 这是一种称为框架拖动。
黑洞的自旋是由这种框架拖动效应定义的。 黑洞在没有物质物理旋转的情况下旋转,只是一个扭曲的时空结构。这意味着由于空间和时间的固有特性,这种自旋存在上限。
在爱因斯坦方程中,黑洞的自旋由称为 a 的量来测量,其中 a 必须介于 0 和 1 之间。 如果黑洞没有自旋,则 a = 0,如果黑洞处于最大自旋,则 a = 1。
这给我们带来了一项关于银河系超大质量黑洞旋转的新研究。 研究小组通过对黑洞的射电和 X 射线观测来估计其自转。
由于黑洞附近时空的框架拖曳,来自其附近物质的光谱被扭曲。 通过观察不同波长的光强度,研究小组能够估计自旋量。
他们发现黑洞的 a 值在 0.84 到 0.96 之间,这意味着它的旋转速度非常快。 在估计旋转的上限范围内,它将以接近最大速率旋转。
这甚至高于 M87 黑洞的自旋参数,其中 a 估计在 0.89 到 0.91 之间。