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中國科學家領銜,黑洞研究又有重大發現

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2023-09-29 09:00 | 稿件來源:香港新聞網

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香港新聞網9月29日電 由中國科學家主導、全球45個科研機構組成的國際科研團隊共同努力之下,證明人類首次用肉眼“看見”的黑洞M87確實在自旋,這一現象符合愛因斯坦廣義相對論的相關預測。相關研究成果9月27日發表在國際學術期刊《自然》(Nature)。

新華社報道,據最新論文的第一作者兼通訊作者、之江實驗室博士後崔玉竹介紹,利用甚長基線干涉測量(VLBI)技術,科研人員在解析M87黑洞噴流結構過程中,驚訝地發現東亞VLBI網在2017年3月觀測到的M87黑洞噴流指向,與以往有所不同。

傾斜吸積盤模型的示意圖。

傾斜吸積盤模型的示意圖。 科研人員製圖

首次觀測證實黑洞確實自旋

發現蛛絲馬跡後,科學家深入分析近23年來全球多個VLBI網的觀測數據,最終發現M87黑洞噴流呈現周期性擺動,擺動周期約為11年,振幅約為10度。是首次為黑洞自旋理論提供了最有力的觀測證據。

活動星系中心的超大品質黑洞,堪稱宇宙中最具破壞性的神秘天體之一。它們引力巨大,通過吸積盤“吃進”大量物質,同時又將物質以接近光速的高速“吐出來”,力量之大可以“吐到”數千光年以外。宇宙中到底有什麼力量可以改變黑洞噴流方向,使其產生周期性擺動呢?

M87在不同年份的噴流結構(觀測頻段為43GHz)。

M87在不同年份的噴流結構(觀測頻段為43GHz)。科研人員製圖

廣義相對論預言參考系拖曳

在更深入的研究中,科研團隊基於觀測結果進行了大量理論調研和細緻分析,并使用超級電腦結合最新數據進行了數值模擬。結果證實:當吸積盤的旋轉軸與黑洞的自旋軸存在夾角時,會因“參考系拖曳效應”(frame-dragging effect)導致整個吸積盤的擺動,而噴流受吸積盤的影響也會產生擺動。這一現象符合愛因斯坦的廣義相對論預測的“如果黑洞處於旋轉狀態,會導致參考系拖曳效應”。

雲南大學中國西南天文研究所副研究員林偉康表示,雖然自旋是黑洞理論的基礎假設,但此前并沒有直接觀測證實。此次研究成功地將M87黑洞噴流動力學,與該星系中心超大品質黑洞狀態聯繫起來,在支撐基礎理論的同時,為進一步揭開黑洞的神秘面紗提供了關鍵要素。

被觀測到的黑洞位於室女座一個巨橢圓星系M87的中心,距離地球5500萬光年,質量約為太陽的65億倍。2019年,科學家首次發佈M87黑洞的圖像,此後持續開展對M87黑洞的觀測研究。(完)

【編輯:紀東】

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