X射線在宇宙海中發現旋轉的黑洞

就像海洋中的漩渦一樣，太空中旋轉的黑洞會在它們周圍形成漩渦狀的洪流。然而，黑洞不會產生風或水的渦流。相反，它們會產生加熱到數億度的氣體和塵埃盤，並在 X 射線下發光。

利用來自美國宇航局錢德拉 X 射線天文台的數據和跨越數十億光年的機會排列，天文學家部署了一種新技術來測量五個超大質量黑洞的自旋。這些宇宙漩渦之一中的物質正在以超過光速的 70% 左右的速度圍繞著它的黑洞旋轉。

天文學家利用了一種稱為引力透鏡的自然現象。正如愛因斯坦所預測的那樣，只要正確對齊，大質量物體（例如大星系）的時空彎曲就可以放大並產生遠處物體的多幅圖像。

在這項最新研究中，天文學家使用錢德拉和引力透鏡研究了六個類星體，每個類星體都由一個超大質量黑洞組成，從周圍吸積盤中快速消耗物質。來自這些類星體中的每個類星體的光被一個介入星系的引力透鏡效應產生了每個類星體的多個圖像，如四個目標的這些錢德拉圖像所示。需要錢德拉的清晰成像能力來分離每個類星體的多個透鏡圖像。

研究人員在這項研究中取得的關鍵進步是他們利用了“微透鏡”，其中介入透鏡星系中的單個恒星提供了來自類星體的光的額外放大。更高的放大倍數意味著產生 X 射線發射的區域更小。

研究人員隨後利用了旋轉黑洞拖曳空間的特性，並允許物質比非旋轉黑洞更靠近黑洞運行。因此，對應於緊密軌道的較小發射區域通常意味著旋轉速度更快的黑洞。作者從他們的微透鏡分析中得出結論，X 射線來自如此小的區域，以至於黑洞必須快速旋轉。

結果表明，被稱為“愛因斯坦十字星”的帶透鏡類星體中的一個黑洞正在以或幾乎以可能的最大速度旋轉。這對應於事件視界，即黑洞的不歸點，以光速旋轉，大約為每小時 6.7 億英裏。樣本中的其他四個黑洞平均以該最大速率的一半左右旋轉。（第 6 次無法估計自旋。）

   搜

對於愛因斯坦十字星，X 射線來自盤的一部分，該部分小於事件視界的 2.5 倍，而對於其他 4 個類星體，X 射線來自大小為事件視界的 4 到 5 倍的區域的事件視界。

這些黑洞怎麼能旋轉得這麼快？研究人員認為，這些超大質量黑洞很可能是在數十億年的時間裏從一個以類似方向和旋轉方向旋轉的吸積盤中積累的大部分物質，而不是從隨機方向上積累起來的。就像旋轉木馬不斷被推向同一個方向，黑洞不斷加快速度。

當圍繞黑洞的吸積盤在黑洞附近的吸積盤上方產生數百萬度的雲或日冕時，就會產生錢德拉探測到的 X 射線。來自這個日冕的 X 射線從吸積盤的內邊緣反射，黑洞附近的強引力扭曲了反射的 X 射線光譜，即在不同能量下看到的 X 射線的數量。在這裏研究的類星體的 X 射線光譜中看到的巨大畸變意味著盤的內邊緣必須靠近黑洞，進一步證明它們必須快速旋轉。