在浩瀚宇宙的无垠画卷中,黑洞,这一神秘莫测的天体,长久以来激发着科学家与天文爱好者的无限遐想。它们宛如宇宙的巨兽,吞噬着周围的一切,同时也引领着我们对宇宙奥秘的探索。
长久以来,科学家们一直在探讨一个问题:黑洞是否会自转?从理论层面来看,宇宙中的天体大多具备自转或公转的特性,黑洞,作为恒星衰亡后的产物,其自转特性很可能得以保留。克尔黑洞,一个由新西兰物理学家克尔于1963年根据相对论推测出的黑洞类型,便被认为具有自转特性。然而,这仅仅是理论推测,如何证实黑洞的自转,一直是天文学界的一大难题。
直到2023年,天文学家们取得了突破性进展,他们首次捕捉到了黑洞旋转的直接证据。这一观测的焦点是位于“梅西耶87”星系中心的超大质量黑洞,其距离地球约5500万光年,质量是太阳的65亿倍。通过长达22年的观测,科学家们发现围绕该黑洞边缘的一个中心点,喷射流以11年为周期反复出现。这一奇特现象揭示了黑洞自转轴与吸积盘之间的错位,使得喷射流如同摇摆的陀螺,为黑洞的自转提供了确凿无疑的证据。
关于黑洞自转的速度,科学家们发现不同黑洞之间存在显著差异。一般来说,巨大黑洞的自转速度约为光速的45%。然而,日本宇宙航空研究开发机构的研究小组通过新方法测定出,银河系中心的人马座A黑洞的自转速度仅为光速的22%,远低于之前的估计。相比之下,2021年国际科学期刊发布的对天鹅座X1黑洞的精确测量结果显示,其自转速度至少达到光速的95%,成为已知自转速度极快的黑洞系统之一。这些研究揭示出黑洞自转速度的极大跨度,从相对较慢到接近光速。
黑洞的自转不仅是一个简单的物理现象,它对周围的时空和物质产生了深远的影响。自转的黑洞会改变其形状,由静止时的圆球形变为扁球形,这是由于自转产生的离心作用将物质从轴心甩向边缘。黑洞的旋转还会搅动周围的时空,使其随黑洞一起旋转,这一现象与地球带动周围时空旋转类似,并已被引力探测器所证实。更为神奇的是,黑洞的旋转会导致其内部时空发生巨大变化,奇点变为围绕旋转轴转动的奇环,视界内部还会再生出一个内视界,因此旋转黑洞拥有两个视界。
对于超大质量黑洞而言,其自转与强大的喷射流密切相关。理论模型显示,黑洞外面的吸积盘由气体和尘埃构成,围绕黑洞边缘转动。其中一些物质会掉进黑洞,但一小部分会从黑洞的两极以接近光速的速度喷射出来。科学家认为,这是黑洞旋转时吸积盘中的带电粒子产生强磁场,黑洞牵引磁场旋转,最终导致磁场加速粒子,以喷射流的形式脱离黑洞。在这一过程中,黑洞的旋转能量被攫取并释放出来。黑洞的自转还可能影响周围物质的分布和运动,对星系的形成和演化产生重要作用。
黑洞自转,这一神秘而复杂的天文现象,仍然蕴含着诸多未解之谜。随着科学技术的不断进步,科学家们将继续深入探索黑洞自转的奥秘,揭示其对宇宙演化的影响。让我们共同期待,未来的天文学研究将为我们揭示更多宇宙的奇妙与伟大。