中國科學(xué)家主導(dǎo)，證實(shí)愛因斯坦的預(yù)測！

人類首次“看見”的那個(gè)黑洞，被證明確實(shí)在自旋！

在我國科學(xué)家主導(dǎo)、全球 45 個(gè)科研機(jī)構(gòu)組成的國際科研團(tuán)隊(duì)共同努力下，人類首次“看見”的那個(gè)黑洞 M87，被證明確實(shí)在自旋，這一現(xiàn)象符合愛因斯坦廣義相對論的相關(guān)預(yù)測。

9 月 27 日，相關(guān)研究成果發(fā)表在國際學(xué)術(shù)期刊《自然》（Nature）上。

傾斜吸積盤模型的示意圖?？蒲腥藛T制圖

人類首次“看見”的那個(gè)黑洞，位于室女座一個(gè)巨橢圓星系 M87 的中心，距離地球 5500 萬光年，質(zhì)量約為太陽的 65 億倍。2019 年，科學(xué)家首次發(fā)布 M87 黑洞的圖像，此后持續(xù)開展對 M87 黑洞的觀測研究。

這項(xiàng)最新研究成果的論文第一作者兼通訊作者、之江實(shí)驗(yàn)室博士后崔玉竹介紹，利用甚長基線干涉測量（VLBI）技術(shù)，科研人員在解析 M87 黑洞噴流結(jié)構(gòu)過程中，驚奇地發(fā)現(xiàn)東亞 VLBI 網(wǎng)在 2017 年 3 月觀測到的 M87 黑洞噴流指向，與以往有所不同。緊盯這一蛛絲馬跡，通過深入分析近 23 年來全球多個(gè) VLBI 網(wǎng)的觀測數(shù)據(jù)，最終發(fā)現(xiàn) M87 黑洞噴流呈現(xiàn)周期性擺動(dòng)，擺動(dòng)周期約為 11 年，振幅約為 10 度。這首次為黑洞自旋理論提供了最有力的觀測證據(jù)。

活動(dòng)星系中心的超大質(zhì)量黑洞，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(jìn)”大量物質(zhì)，同時(shí)又將物質(zhì)以接近光速的高速“吐出來”，力量之大可以“吐到”數(shù)千光年以外。宇宙中到底有什么力量可以改變黑洞噴流方向，使其產(chǎn)生周期性擺動(dòng)呢？

上圖：2013 年至 2018 年期間每兩年合并后的 M87 噴流結(jié)構(gòu)，觀測頻段為 43GHz。下圖：基于 2000 年至 2022 年以一年為單位合并的圖像得出的最佳擬合結(jié)果。科研人員制圖

在更深入的研究中，科研團(tuán)隊(duì)基于觀測結(jié)果進(jìn)行了大量理論調(diào)研和細(xì)致分析，并使用超級計(jì)算機(jī)結(jié)合最新數(shù)據(jù)進(jìn)行了數(shù)值模擬。結(jié)果證實(shí)：當(dāng)吸積盤的旋轉(zhuǎn)軸與黑洞的自旋軸存在夾角時(shí)，會(huì)因參考系“拖曳效應(yīng)”導(dǎo)致整個(gè)吸積盤的擺動(dòng)，而噴流受吸積盤的影響也會(huì)產(chǎn)生擺動(dòng)。這一現(xiàn)象符合愛因斯坦的廣義相對論預(yù)測的“如果黑洞處于旋轉(zhuǎn)狀態(tài)，會(huì)導(dǎo)致參考系拖曳效應(yīng)”。

云南大學(xué)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(chǔ)假設(shè)，但此前并沒有直接觀測證實(shí)。此次研究成功地將 M87 黑洞噴流動(dòng)力學(xué)，與該星系中心超大質(zhì)量黑洞狀態(tài)聯(lián)系起來，在支撐基礎(chǔ)理論的同時(shí)，為進(jìn)一步揭開黑洞的神秘面紗提供了關(guān)鍵要素。

甚長基線干涉測量（VLBI）技術(shù)，能將位于全球不同地點(diǎn)的多個(gè)射電望遠(yuǎn)鏡聯(lián)合起來，達(dá)到一架超大望遠(yuǎn)鏡的觀測效果。在這項(xiàng)最新研究中，使用了包括東亞 VLBI 網(wǎng)在內(nèi)的多個(gè)國際觀測網(wǎng)數(shù)據(jù)，全球共有超過 20 個(gè)射電望遠(yuǎn)鏡為此項(xiàng)研究做出了貢獻(xiàn)，其中包括中國科學(xué)院上海天文臺(tái) 65 米天馬望遠(yuǎn)鏡和新疆天文臺(tái)南山 26 米射電望遠(yuǎn)鏡。

自 2017 年起，我國的這兩臺(tái)射電望遠(yuǎn)鏡持續(xù)參與東亞 VLBI 網(wǎng)觀測，分別在提高觀測靈敏度和角分辨率上發(fā)揮了重要作用。據(jù)中國科學(xué)院上海天文臺(tái)臺(tái)長沈志強(qiáng)介紹，該臺(tái)已于近期在西藏日喀則開工建設(shè)一臺(tái) 40 米射電望遠(yuǎn)鏡，建成后將進(jìn)一步提升東亞 VLBI 網(wǎng)的高分辨率毫米波成像觀測能力。

中國科學(xué)院國家天文臺(tái)研究員、“中國天眼”首席科學(xué)家、之江實(shí)驗(yàn)室計(jì)算天文首席科學(xué)家李菂認(rèn)為，我國科學(xué)家牽頭取得的這項(xiàng)研究成果，離不開射電天文學(xué)與計(jì)算科學(xué)的深度融合。隨著數(shù)據(jù)不斷積累，之江實(shí)驗(yàn)室正在將人工智能、云計(jì)算等技術(shù)引入到天文領(lǐng)域，多學(xué)科攜手共同探索宇宙奧秘。

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來源丨新華社

記者丨張建松、董雪

責(zé)編丨崔瀛昊