《星之隕落》揭示了時(shí)空在黑洞周圍扭曲

2024年記錄到的一次劇烈恒星擾動(dòng)，為天文學(xué)家提供了迄今為止最全面的證據(jù)——黑洞扭曲著時(shí)空的織物。

這種效應(yīng)被稱為幀拖拽，或稱透鏡-透鏡效應(yīng)在距離地球約4億光年的LED 145386 A星系中心觀測(cè)它，使天文學(xué)家有機(jī)會(huì)觀測(cè)廣義相對(duì)論實(shí)時(shí)進(jìn)行。

“這對(duì)物理學(xué)家來說是一份真正的禮物，因?yàn)槲覀冏C實(shí)了一個(gè)多世紀(jì)前的預(yù)測(cè)?！?a>天體物理學(xué)家科西莫·因塞拉說英國卡迪夫大學(xué)的。“不僅如此，這些觀測(cè)還讓我們更多地了解了TDE的本質(zhì)——當(dāng)恒星被黑洞施加的巨大引力撕裂時(shí)?！?/p>

相關(guān)報(bào)道：奇怪的黑洞噴射出搖晃的噴流是因?yàn)樗献е鴷r(shí)空

幀拖拽是廣義相對(duì)論的一種預(yù)測(cè)，很容易想象。想象一下把勺子放進(jìn)蜂蜜里旋轉(zhuǎn)。蜂蜜會(huì)隨著勺子旋轉(zhuǎn)，效果最接近勺子，距離越遠(yuǎn)效果越弱。

任何有質(zhì)量引力的物體都會(huì)扭曲時(shí)空。每當(dāng)那個(gè)質(zhì)量在旋轉(zhuǎn)時(shí)，時(shí)空就會(huì)以相應(yīng)的扭曲扭曲。此前已有多次觀測(cè)到幀拖拽現(xiàn)象，包括其對(duì)衛(wèi)星的影響繞地球本身.

然而，在近地球，這種影響則很微妙。在質(zhì)量是太陽幾百萬倍的天體周圍，比如超大質(zhì)量的物體，幀拖拽會(huì)更加明顯黑洞使這些環(huán)境成為研究該現(xiàn)象運(yùn)作的極佳實(shí)驗(yàn)室。

當(dāng)然，缺點(diǎn)是超大質(zhì)量黑洞通常距離太遠(yuǎn)，無法詳細(xì)研究它們更微妙的活動(dòng)。這意味著我們通常需要等待災(zāi)難性事件，比如恒星的毀滅，才能測(cè)量任何難以捉摸的行為。

這正是LEDA中心黑洞145386的例子，其質(zhì)量約為太陽的500萬倍。

2024年1月，茲維基瞬變?cè)O(shè)施記錄到該天體突然變亮，科學(xué)家們認(rèn)定這與潮汐擾動(dòng)事件相符——當(dāng)一顆經(jīng)過的恒星被黑洞強(qiáng)大的引力撕裂時(shí)發(fā)出的尖叫光。這類事件是已知的，但極為罕見且極具趣味。因此，天文學(xué)家自然地繼續(xù)關(guān)注。

“當(dāng)恒星靠近超大質(zhì)量黑洞時(shí)，黑洞強(qiáng)引力將其拉伸，最終將其撕裂，因此恒星的物質(zhì)開始落在它身上?！?a>天文學(xué)家圣地亞哥·德爾·帕拉西奧解釋道瑞典查爾姆斯大學(xué)的。

“這樣的事件會(huì)變得非常明亮;當(dāng)光學(xué)望遠(yuǎn)鏡發(fā)現(xiàn)了新的黑洞時(shí)，我們開始盡快在不同波長(zhǎng)下觀測(cè)黑洞?！?/p>

隨著時(shí)間推移，一種奇怪的模式浮現(xiàn)出來。每隔19.6天，黑洞發(fā)出的X射線亮度會(huì)變化超過一個(gè)數(shù)量級(jí)。與此同時(shí)，該天體的無線電發(fā)射也發(fā)生了波動(dòng)，變化幅度超過四個(gè)數(shù)量級(jí)。值得注意的是，這些X射線和無線電波動(dòng)是同步的。

黑洞吞噬恒星被稱為潮汐擾動(dòng)事件，因?yàn)楹阈潜缓诙吹某毕Α雌湟Α獢_亂。此時(shí)，恒星不會(huì)立即消失在黑洞事件視界之外;其被肢解的內(nèi)部噴涌而出，形成一個(gè)盤狀結(jié)構(gòu)，繞黑洞運(yùn)行，逐漸向地平線墜落。

并非所有明星的材料都會(huì)倒下。天文學(xué)家認(rèn)為，某些物質(zhì)沿著磁力線被加速，向黑洞的極地移動(dòng)，在那里被以巨大的力量發(fā)射到太空，產(chǎn)生接近光速的巨大物質(zhì)噴流。

黑洞周圍的吸積盤發(fā)射X射線;與此同時(shí)，噴氣流的同步加速器產(chǎn)生了無線電光。兩者同步波動(dòng)表明整個(gè)結(jié)構(gòu)像陀螺一樣搖晃——這是框架拖拽的效果。

“這種跨帶、高振幅和準(zhǔn)周期的同步變異強(qiáng)烈表明吸積盤與噴流之間存在剛性耦合，噴流如同陀螺儀般圍繞黑洞自轉(zhuǎn)軸進(jìn)動(dòng)。”聯(lián)合第一作者王彥安表示中國科學(xué)院。

共擺動(dòng)盤和噴流的模型也得出了類似結(jié)果，證實(shí)了像LEDA 145386中那個(gè)難以控制的黑洞這樣的天體，不僅可以作為研究吸積過程和噴流形成的實(shí)驗(yàn)室，也能用于測(cè)試廣義相對(duì)論本身。

“通過展示黑洞可以拖拽時(shí)空并產(chǎn)生這種框架拖拽效應(yīng)，我們也開始理解這一過程的機(jī)制。”因塞拉說.

“所以，就像帶電物體旋轉(zhuǎn)時(shí)會(huì)產(chǎn)生磁場(chǎng)一樣，我們看到一個(gè)巨大旋轉(zhuǎn)的物體——在這里指的是黑洞——會(huì)產(chǎn)生影響恒星和其他宇宙物體運(yùn)動(dòng)的引力磁場(chǎng)?！?/p>

該研究已發(fā)表于科學(xué)進(jìn)展.

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