時(shí)間：2025-12-09 12:41:00 來(lái)源：骨軟筋酥網(wǎng)

黑洞可以撕裂恒星，這種現(xiàn)象被稱為潮汐破壞事件。時(shí)空（圖片來(lái)源：uux.cn/ESA）
（神秘的研究地球uux.cn）據(jù)美國(guó)生活科學(xué)網(wǎng)站（Robert Lea）：一顆恒星在超大質(zhì)量黑洞的口中可怕地死亡，其“搖晃”的黑洞殘骸有助于揭示其宇宙捕食者的旋轉(zhuǎn)速度。
超大質(zhì)量黑洞被認(rèn)為是自度通過(guò)較小黑洞的連續(xù)合并而誕生的，每一個(gè)合并都會(huì)帶來(lái)角動(dòng)量，轉(zhuǎn)速加速它們誕生的攪動(dòng)揭示黑洞的旋轉(zhuǎn)。因此，時(shí)空測(cè)量超大質(zhì)量黑洞的研究自轉(zhuǎn)可以深入了解它們的歷史，而新的黑洞研究提供了一種新的方法，可以根據(jù)自轉(zhuǎn)黑洞對(duì)空間和時(shí)間結(jié)構(gòu)的自度影響進(jìn)行推斷。
在一次所謂的轉(zhuǎn)速潮汐破壞事件（TDE）中，這顆處于這項(xiàng)研究核心的攪動(dòng)揭示注定要失敗的恒星被一個(gè)超大質(zhì)量黑洞以殘酷的方式撕裂。當(dāng)一顆恒星過(guò)于靠近黑洞的時(shí)空巨大引力影響時(shí)，這些事件就開(kāi)始了。研究一旦足夠近，恒星內(nèi)部就會(huì)產(chǎn)生巨大的潮汐力，在水平方向擠壓恒星，同時(shí)垂直方向拉伸恒星。這被稱為“spaghettification”，它將恒星變成一股恒星意大利面——但至關(guān)重要的是，并不是所有的意大利面都被破壞性的黑洞吞噬了。
其中一些物質(zhì)被吹走，而另一些物質(zhì)包裹在黑洞周圍，形成一個(gè)被稱為吸積盤的扁平云。這個(gè)吸積盤不僅逐漸為中心黑洞提供能量，而且最初撕裂恒星的潮汐力也會(huì)產(chǎn)生巨大的摩擦力，加熱這個(gè)氣體和塵埃盤，使其發(fā)出明亮的光芒。
此外，當(dāng)超大質(zhì)量黑洞旋轉(zhuǎn)時(shí)，它們會(huì)拖動(dòng)時(shí)空結(jié)構(gòu)（時(shí)空的4維統(tǒng)一體）。這種所謂的“Lense Thirring”或“幀拖動(dòng)”效應(yīng)意味著在旋轉(zhuǎn)的超大質(zhì)量黑洞邊緣沒(méi)有任何東西靜止不動(dòng)。這種效應(yīng)還導(dǎo)致新形成的黑洞吸積盤出現(xiàn)短暫的“擺動(dòng)”。
現(xiàn)在，一組研究人員發(fā)現(xiàn)，吸積盤的“擺動(dòng)”可以用來(lái)確定中心黑洞的旋轉(zhuǎn)速度。
麻省理工學(xué)院（MIT）的科學(xué)家、團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人Dheeraj“DJ”Pasham告訴Space.com：“幀拖動(dòng)是所有旋轉(zhuǎn)黑洞周圍都存在的一種影響。因此，如果正在旋轉(zhuǎn)的黑洞正在旋轉(zhuǎn)，那么恒星碎片在TDE后流到黑洞上就會(huì)受到這種影響。”
神圣的熱X射線明星意大利面！
為了研究TDE和幀拖動(dòng)，該團(tuán)隊(duì)花了五年時(shí)間尋找可以快速跟進(jìn)的明亮且相對(duì)接近的黑洞引起的恒星謀殺的例子。目標(biāo)是發(fā)現(xiàn)由Lense Thirring效應(yīng)引起的吸積盤進(jìn)動(dòng)的跡象。
2020年2月，這一探索取得了成果。該團(tuán)隊(duì)成功探測(cè)到了AT2020ocn，這是一種來(lái)自大約億光年外星系的明亮閃光。AT2020ocn最初是由Zwicky瞬態(tài)設(shè)施在光學(xué)波長(zhǎng)中發(fā)現(xiàn)的，這些可見(jiàn)光數(shù)據(jù)表明，發(fā)射源于一個(gè)TDE，該TDE涉及一個(gè)質(zhì)量在太陽(yáng)100萬(wàn)至1000萬(wàn)倍之間的超大質(zhì)量黑洞。
Pasham說(shuō)：“由于Lense Thirring效應(yīng)，來(lái)自新形成的熱吸積盤的X射線發(fā)射會(huì)前進(jìn)或‘?dāng)[動(dòng)’。這表現(xiàn)為數(shù)據(jù)中的X射線調(diào)制。”。“然而，過(guò)一段時(shí)間，當(dāng)吸積功率下降時(shí)，重力迫使圓盤與黑洞對(duì)齊，之后擺動(dòng)和X射線調(diào)制停止。”
相關(guān)：黑洞奇點(diǎn)挑戰(zhàn)物理學(xué)。新的研究最終可以消除它們。
Pasham和他的同事懷疑，發(fā)射AT2020ocn的TDE可能是尋找Lense Thirring歲差的理想事件，因?yàn)檫@種類型的擺動(dòng)只在吸積盤形成后早期出現(xiàn)，他們必須迅速采取行動(dòng)。
帕薩姆說(shuō)：“關(guān)鍵是要有正確的觀察結(jié)果。”。“唯一能做到這一點(diǎn)的方法是，一旦潮汐破壞事件發(fā)生，你需要用望遠(yuǎn)鏡在很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)連續(xù)觀察這個(gè)物體，這樣你就可以探測(cè)從幾分鐘到幾個(gè)月的各種時(shí)間尺度。”

一幅插圖顯示了一個(gè)旋轉(zhuǎn)的超大質(zhì)量黑洞，它被一顆死恒星的碎片包圍，并拖著時(shí)空（綠色網(wǎng)格）。（圖片來(lái)源：uux.cn/Robert Lea（與Canva共同創(chuàng)作））
這就是美國(guó)國(guó)家航空航天局的中子星內(nèi)部成分探測(cè)器（NICER）的用武之地：這是一臺(tái)位于國(guó)際空間站（ISS）的X射線望遠(yuǎn)鏡，用于測(cè)量黑洞和其他超密度、致密大質(zhì)量物體（如中子星）周圍的X射線輻射。研究小組發(fā)現(xiàn)，NICER不僅能夠捕捉到TDE，而且安裝在國(guó)際空間站的X射線望遠(yuǎn)鏡也能夠在幾個(gè)月的時(shí)間里持續(xù)監(jiān)測(cè)這一事件。
帕薩姆說(shuō)：“我們發(fā)現(xiàn)，TDE后發(fā)射X射線的區(qū)域的X射線亮度和溫度在15天的時(shí)間尺度上發(fā)生調(diào)制。”。“這種反復(fù)出現(xiàn)的15天X光信號(hào)在三個(gè)月后消失了。”
研究小組的發(fā)現(xiàn)也讓人大吃一驚。
對(duì)黑洞質(zhì)量和被破壞恒星質(zhì)量的估計(jì)表明，黑洞的自轉(zhuǎn)速度沒(méi)有預(yù)期的那么快。帕薩姆說(shuō)：“令人驚訝的是，黑洞的自轉(zhuǎn)速度沒(méi)有那么快——只有不到光速的25%。”。
帕薩姆認(rèn)為，由于即將在智利北部建造的維拉·C·魯賓天文臺(tái)，該天文臺(tái)將進(jìn)行一項(xiàng)名為“空間和時(shí)間遺產(chǎn)調(diào)查”（LSST）的為期10年的宇宙調(diào)查，TDE狩獵的未來(lái)是光明的。
帕薩姆總結(jié)道：“預(yù)計(jì)魯賓將在未來(lái)十年內(nèi)探測(cè)到數(shù)千個(gè)TDE。如果我們能夠測(cè)量其中哪怕是一小部分的Lense Thirring歲差，我們將能夠了解超大質(zhì)量黑洞的自旋分布，以及它們?cè)谟钪婺挲g段的演化過(guò)程。”。“我們的團(tuán)隊(duì)有幾個(gè)觀察建議，以跟進(jìn)未來(lái)的TDE。我們肯定會(huì)調(diào)查其他TDE黑洞周圍的幀拖動(dòng)！”
該團(tuán)隊(duì)的研究于周三（5月22日）發(fā)表在《自然》雜志上。

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