浙江
科學家首次捕捉到時空漩渦的明確證據(jù)，這一現(xiàn)象在一個多世紀前就由愛因斯坦預言，但直到現(xiàn)在才得以直接觀測。這項發(fā)表在《科學進展》期刊上的研究顯示，黑洞能夠扭曲時空本身的結構，使附近的物質進入搖擺運動狀態(tài)。
這種效應被稱為蘭斯-蒂林進動或參考系拖曳。當快速旋轉的黑洞拖拽周圍的時空一起運動時，就會產生這種現(xiàn)象，就像旋轉的陀螺在水中形成漩渦一樣。該現(xiàn)象源于愛因斯坦的相對論，該理論將引力描述為由質量和能量引起的時空曲率，而非簡單的拉力。
由中國國家天文臺領導、卡迪夫大學支持的研究團隊，對一次名為AT2020afhd的潮汐瓦解事件進行了研究。潮汐瓦解事件發(fā)生在恒星靠近黑洞太近時，強大的引力將其撕碎。在這次事件中，一顆恒星被一個超大質量黑洞摧毀，這種黑洞的質量是太陽的數(shù)百萬或數(shù)十億倍，通常位于星系中心。恒星的殘骸形成了吸積盤，這是一種由極熱氣體和碎片組成的旋轉結構，在引力作用下螺旋向內運動。與此同時，強大的等離子體噴流和高能粒子以接近光速的速度向外噴射。
通過追蹤X射線和無線電信號的變化，研究人員注意到吸積盤和噴流以大約20天為周期一起搖擺。X射線是黑洞附近極熱物質產生的高能電磁輻射，而無線電信號是天文學家用來研究噴流、磁場和高能粒子的長波輻射。這種同步運動正是理論預測的結果，但此前從未得到如此詳細的證實。
來自卡迪夫大學的共同作者科西莫·因塞拉博士解釋說，該研究展示了迄今為止最令人信服的蘭斯-蒂林進動證據(jù)，黑洞拖拽時空的方式就像旋轉的陀螺可能拖拽周圍水流形成漩渦一樣。
研究增添了重要的科學背景。理論和模擬長期以來一直表明，黑洞附近極端的時空曲率會彎曲光和物質的路徑，在強相對論力作用下產生吸積盤和噴流進動效應，這些效應在引力強烈或物質接近光速運動時變得顯著。使這個案例特別突出的是明確的觀測證據(jù)。研究團隊報告了X射線和無線電信號中19.6天的準周期性變化，這種重復但不完全規(guī)則的周期，其中X射線振幅比正常情況強十倍以上。幾乎同步的變化指向了控制兩個輻射產生區(qū)域的共同機制。
吸積盤-噴流蘭斯-蒂林進動模型能夠重現(xiàn)這些變化，數(shù)據(jù)表明所涉及的黑洞屬于低自轉類型，意味著它的旋轉速度比許多相對論模型預測的快速旋轉黑洞要慢。研究還發(fā)現(xiàn)了潮汐瓦解事件中的短期無線電變化，這是以前從未見過的現(xiàn)象。研究人員表示，這突顯了高頻率無線電監(jiān)測的重要性，即在短時間間隔內頻繁重復觀測，這可能揭示更多關于黑洞如何塑造周圍環(huán)境的信息。
這一發(fā)現(xiàn)證實了阿爾伯特·愛因斯坦在1913年提出的預言，該預言后來由約瑟夫·蘭斯和漢斯·蒂林在1918年用數(shù)學方式定義。它為研究黑洞自轉、吸積物理學以及噴流形成開辟了新路徑，其中吸積物理學研究物質如何落入大質量天體并釋放能量，而噴流形成則是旋轉物質和磁場將高能等離子體窄流發(fā)射到太空的過程。對于科學家而言，這是一個罕見的機會，可以觀察時空本身如何被宇宙中最極端的天體之一扭曲。
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