IT之家 1 月 4 日消息，天文學家首次觀測到旋轉黑洞附近的時空本身出現(xiàn)了擾動。這一發(fā)現(xiàn)是在一顆恒星被摧毀的過程中揭示的，證實了愛因斯坦相對論的一項重要預測。

對于一直致力于捕捉宇宙中最難觀測的現(xiàn)象之一的科學家們而言，此次發(fā)現(xiàn)堪稱天文學領域的一次罕見突破。

在發(fā)表于《科學進展》的研究中，天文學家宣布首次直接探測到高速旋轉黑洞引發(fā)的時空渦旋畸變。

首次直接觀測到黑洞參考系拖曳現(xiàn)象

據(jù)IT之家了解，這種現(xiàn)象被稱為倫琴 - 塞林進動，也叫參考系拖曳效應。其描述了旋轉的黑洞如何扭曲其周圍的時空，拖拽附近的物質(zhì)，并導致恒星和氣體的運行軌跡緩慢擺動。

該研究團隊由中國科學院國家天文臺牽頭，卡迪夫大學參與協(xié)作。他們將研究焦點對準了一個名為 AT2020afhd 的天體，這是一次潮汐瓦解事件（TDE），即一顆恒星因過于靠近超大質(zhì)量黑洞而被撕裂。

恒星撕裂過程中顯現(xiàn)的旋轉吸積盤與噴流

恒星被撕碎后，其殘骸在黑洞周圍形成了高速旋轉的吸積盤。與此同時，能量強大的物質(zhì)噴流以接近光速的速度向外噴發(fā)。

通過分析該事件產(chǎn)生的 X 射線和射電信號中重復出現(xiàn)的規(guī)律，科學家們發(fā)現(xiàn)，吸積盤和噴流正同步發(fā)生擾動。這種協(xié)同運動每 20 天重復一次，成為時空扭曲效應存在的明確信號。

百年預言終獲證實

這一效應背后的理念最早由愛因斯坦于 1913 年提出，后于 1918 年由倫琴與塞林完成數(shù)學層面的描述。此次新觀測不僅證實了廣義相對論的核心預言，還為研究人員提供了一種全新的手段，用于探究黑洞的自旋特性、物質(zhì)墜入黑洞的過程以及噴流的形成機制。

卡迪夫大學物理與天文學院高級講師、該論文合著者之一科西莫?因塞拉博士表示：“我們的研究提供了迄今為止最有力的證據(jù)，證明倫琴 - 塞林進動效應確實存在 —— 黑洞會帶動周圍時空一同旋轉，就像旋轉的陀螺會帶動其周圍漩渦中的水流一樣。”

“對物理學家而言，這無疑是一份厚禮，因為我們證實了一個百年前的預言。不僅如此，這些觀測數(shù)據(jù)還讓我們對潮汐瓦解事件的本質(zhì)有了更深的認識 —— 即恒星在黑洞超強引力的作用下被撕碎的過程。”

“與此前研究過的射電信號穩(wěn)定的潮汐瓦解事件不同，AT2020afhd 的信號存在短期變化，而這種變化無法歸因于黑洞及其周圍物質(zhì)釋放的能量。這一現(xiàn)象進一步印證了我們關于參考系拖曳效應的判斷，也為科學家探索黑洞提供了新方法。”

望遠鏡如何捕捉到這一效應

為探測參考系拖曳效應的信號，研究團隊分析了尼爾?格雷爾斯雨燕天文臺（雨燕望遠鏡）的 X 射線觀測數(shù)據(jù)，以及卡爾?G?揚斯基甚大陣列（VLA）的射電觀測數(shù)據(jù)。

他們還借助電磁光譜學研究了黑洞周圍物質(zhì)的構成與運動狀態(tài)，這有助于確定相關物質(zhì)的結構與屬性，進而證實其背后的物理過程。

因塞拉博士解釋道：“證實黑洞能夠拖曳時空并產(chǎn)生參考系拖曳效應的同時，我們也正逐步厘清這一過程的運行機制。這就像帶電物體旋轉時會產(chǎn)生磁場一樣，我們觀測到大質(zhì)量旋轉天體 —— 此處即黑洞，會產(chǎn)生一種引力磁場，這種引力磁場會對附近恒星及其他宇宙天體的運動產(chǎn)生影響。這一發(fā)現(xiàn)提醒著我們，尤其是在節(jié)日季仰望璀璨夜空、心生贊嘆之時：我們已然有能力去發(fā)現(xiàn)自然界中那些形態(tài)各異、超乎想象的神奇天體。”