一項新的研究可能有助於解決銀河系超大質量黑洞的旋轉速度問題。這個黑洞被稱為人馬座A*（Sgr A*），質量約為太陽的400 萬倍。這項研究利用美國國家航空暨太空總署的錢德拉X 射線天文台和美國國家科學基金會的甚大陣列（VLA）發現Sgr A* 正在快速旋轉。這種高度自旋使Sgr A* 周圍的時空發生扭曲，因此它看起來像是美式足球的形狀。

這幅藝術家繪製的插圖顯示了銀河系中心超大質量黑洞和周圍物質的橫截面。中心的黑色球體代表黑洞的事件穹界，也就是不歸點，任何東西，甚至光，都無法從這裡逃逸。從側面看旋轉的黑洞，如圖所示，周圍的時空形狀就像美式足球。兩側的黃橙色物質代表圍繞黑洞旋轉的氣體。這些物質不可避免地向黑洞墜落，一旦落入足球形狀的內部，就會穿過事件穹界。因此，足球形狀內、事件視界外的區域被描繪成空洞。藍色圓球表示從旋轉黑洞兩極射出的噴流。圖片來源：NASA/CXC/M.Weiss

這幅藝術家繪製的插圖描繪了一項關於銀河系中心的超大質量黑洞–人馬座A*（簡稱Sgr A*）的最新研究結果。這項研究結果發現，Sgr A* 的旋轉速度非常快，以至於它正在扭曲時空–也就是時間和空間的三個維度–使它看起來更像足球。

這些結果是由美國國家航空暨太空總署的錢德拉X射線天文台和美國國家科學基金會的卡爾-G-揚斯基甚大陣列（VLA）共同完成的。研究小組採用了一種新方法，利用X 射線和無線電數據，根據物質流向和流出黑洞的方式來確定Sgr A* 的旋轉速度。他們發現Sgr A*的旋轉角速度約為最大可能值的60%，角動量約為最大可能值的90%。

黑洞有兩個基本特性：質量（重量）和自旋（旋轉速度）。確定這兩個值中的任何一個，都能讓科學家對任何黑洞及其行為方式瞭如指掌。過去，天文學家曾使用不同的技術對Sgr A*的旋轉速度進行過幾次估算，結果從Sgr A*完全不旋轉到幾乎以最大速度旋轉不等。

新的研究表明，Sgr A*實際上正在快速旋轉，這導致它周圍的時空被擠壓。圖中顯示的是Sgr A* 的橫截面以及圍繞它旋轉的物質盤。中心的黑色球體代表了所謂的黑洞事件視界，也就是不歸點，任何東西，甚至光都無法從這裡逃脫。

如圖所示，從側面觀察旋轉的黑洞，周圍的時空形狀就像足球。旋轉速度越快，足球就越平。

兩側的黃橙色物質代表圍繞Sgr A* 旋轉的氣體。這些物質不可避免地會墜向黑洞，一旦落入足球形狀內部，就會穿過事件視界。因此，足球形狀內、事件視界外的區域被描繪成空洞。藍色圓球表示從旋轉黑洞兩極噴射而出的噴流。從頂部沿著噴流的槍管俯視黑洞，時空是一個圓形。

人馬座A* 及其周圍區域的錢德拉X 光影像。資料來源：NASA/CXC/威斯康辛大學/Y.Bai, et al.

黑洞的自旋可以作為一個重要的能量來源。旋轉的超大質量黑洞在提取自旋能量時會產生諸如噴流之類的準直外流，這就要求黑洞附近至少有一些物質。由於Sgr A* 周圍的燃料有限，這個黑洞近千年來相對安靜，噴流也相對較弱。然而，這項研究表明，如果Sgr A*附近的物質數量增加，這種情況可能會改變。

為了確定Sgr A*的自旋，作者使用了一種被稱為”外流法”的基於經驗的技術，該技術詳細說明了黑洞的自旋與其質量、黑洞附近物質的特性以及外流特性之間的關係。準直外流產生無線電波，而黑洞周圍的氣體盤產生X 射線輻射。利用這種方法，研究人員將錢德拉和VLA 的數據與其他望遠鏡對黑洞質量的獨立估計結合起來，對黑洞的自旋進行了約束。

描述這些結果的論文由Ruth Daly（賓州州立大學）領導，發表在2024 年1 月出版的《英國皇家天文學會月刊》上。

編譯來源：ScitechDaily