倾斜吸积盘模型的示意图。在这张图中，假设黑洞的自转轴是垂直的。喷流的方向几乎垂直于圆盘平面。黑洞自转轴与盘自转轴之间的错位触发了盘和喷流的进动。来源:崔玉珠等(2023)，Intouchable Lab@Openverse和浙江实验室
研究有限公司利用20年来全球射电望远镜的数据，通过观察喷射流的摆动，确认了M87星系超大质量黑洞的旋转。这一发现标志着黑洞研究的重大进展。
M87星系中心的超大质量黑洞，因第一张黑洞阴影的照片而闻名，又创造了另一个第一:从黑洞射出的喷流已被证实是摆动的，这为黑洞在旋转提供了直接的证据。
超大质量黑洞是一种比太阳重数十亿倍的怪物，会吞噬周围的一切，包括光。由于没有信息可以从黑洞中逃脱，因此很难对其进行研究。从理论上讲，我们能测量的性质很少。一个可能被观测到的特性是自旋，但由于涉及到的困难，没有直接观测到黑洞的自旋。
二十年的观测产生了证据
为了寻找黑洞旋转的证据，一个国际团队分析了M87星系20多年来的观测数据。这个星系位于室女座方向5500万光年外，拥有一个比太阳大65亿倍的黑洞，2019年事件视界望远镜(EHT)第一次拍摄到黑洞阴影的就是这个黑洞。已知M87中的超大质量黑洞有一个吸积盘，它向黑洞提供物质，还有一个喷流，物质以接近光速的速度从黑洞附近喷射出来。
(上图)从2013年到2018年，43 GHz的M87喷气机结构平均每两年一次。相应的年份显示在左上角。白色箭头表示每个子图中的射流位置角度。(下图)2000年至2022年间观测到的喷气方向演变。绿色和蓝色的点来自22 GHz和43 GHz的观测。红线表示11年的最佳拟合正弦曲线。来源:崔玉柱等(2023)
研究小组分析了东亚VLBI网络(EAVN)、甚长基线阵列(VLBA)、KVN和VERA联合阵列(KaVA)以及东亚至意大利近全球(EATING) VLBI网络收集的170个时间框架的数据。全球总共有20多台射电望远镜参与了这项研究。
研究结果及影响
结果表明，吸积盘和黑洞自旋之间的引力相互作用导致喷流的底部摆动或进动，就像太阳系内部的引力相互作用导致地球进动一样。研究小组成功地将喷流的动力学与中心超大质量黑洞联系起来，为黑洞确实在旋转提供了直接证据。喷流的方向以11年的岁差变化约10度，与日本国家天文台(NAOJ)的ATERUI II进行的理论超级计算机模拟相匹配。
“我们对这一重大发现感到非常兴奋，”论文的第一作者崔玉珠(Yuzhu Cui)说，她总结了自己在NAOJ读研究生时开始的研究，之后以博士后研究员的身份来到浙江实验室。“由于黑洞和圆盘之间的偏差相对较小，岁差周期约为11年，因此积累20多年来追踪M87结构的高分辨率数据和彻底的分析是获得这一成就的必要条件。”
NAOJ的Kazuhiro Hada博士解释说:“在EHT成功成像这个星系的黑洞之后，这个黑洞是否在旋转一直是科学家们关注的中心问题。”“现在预期已经变成了确定性。这个巨大的黑洞确实在旋转。”
东亚VLBI网络活动星系核科学工作组协调员、Kogakuin大学的Motoki Kino博士说:“这是一个令人兴奋的科学里程碑，通过来自世界各地45个机构的国际研究小组多年的联合观测，终于揭示了这一点。”“我们的观测数据完美地符合简单的正弦曲线，为我们对黑洞和射流系统的理解带来了新的进展。”
有关这一发现的更多信息，请参见超大质量黑洞的自旋验证。
参考:“连接M87旋转黑洞的进动射流喷嘴”，作者:崔玉珠、哈达和弘、川岛智久、木木元、林维康、水野洋介、罗贤旭、本马木、易建宇、余金涛、朴钟浩、姜武、沈志强、Evgeniya Kravchenko、Juan-Carlos Algaba、程小朋、赵ilje、Gabriele Giovannini、Marcello Giroletti、郑泰铉、卢汝森、新沼孝太郎、吴俊焕、大菅健、泽田佐佐子、孙奉元、高桥广之、高村美子、田崎文惠、萨沙·特里普、瓦岛清明、秋山和纪、安涛、浅田靖一、Salvatore Buttaccio、边道英、崔朗、萩原义明、广田智也、Jeffrey Hodgson、川口守之、金在英、李相成、李智元、李郑爱、Giuseppe Maccaferri、Andrea Melis、Alexey Melnikov、Carlo Migoni、吴世珍、杉山光一郎、王学正、张英康、陈忠、黄周妍、郑东奎、金孝良、金贞淑、小林秀之、李斌、李广辉，李晓飞，刘志勇，刘清辉，刘翔，吴忠植，大山友明，卢德奎，王金青，王娜，王世强，夏波，严浩，严在焕，米库良则，袁建平，张华，赵荣兵，钟伟业，2023年9月27日，Nature。DOI: 10.1038 / s41586 - 023 - 06479 - 6
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我是文学号的签约作者“慕菲”！
希望本篇文章《M87的摇摆射流：黑洞之谜的旋转》能对你有所帮助！
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