《星之隕落》揭示了時空在黑洞周圍扭曲

2024年記錄到的一次劇烈恒星擾動，為天文學家提供了迄今為止最全面的證據(jù)——黑洞扭曲著時空的織物。

這種效應被稱為幀拖拽，或稱透鏡-透鏡效應在距離地球約4億光年的LED 145386 A星系中心觀測它，使天文學家有機會觀測廣義相對論實時進行。

“這對物理學家來說是一份真正的禮物，因為我們證實了一個多世紀前的預測。”天體物理學家科西莫·因塞拉說英國卡迪夫大學的?！安粌H如此，這些觀測還讓我們更多地了解了TDE的本質(zhì)——當恒星被黑洞施加的巨大引力撕裂時?！?/p>

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幀拖拽是廣義相對論的一種預測，很容易想象。想象一下把勺子放進蜂蜜里旋轉(zhuǎn)。蜂蜜會隨著勺子旋轉(zhuǎn)，效果最接近勺子，距離越遠效果越弱。

任何有質(zhì)量引力的物體都會扭曲時空。每當那個質(zhì)量在旋轉(zhuǎn)時，時空就會以相應的扭曲扭曲。此前已有多次觀測到幀拖拽現(xiàn)象，包括其對衛(wèi)星的影響繞地球本身.

然而，在近地球，這種影響則很微妙。在質(zhì)量是太陽幾百萬倍的天體周圍，比如超大質(zhì)量的物體，幀拖拽會更加明顯黑洞使這些環(huán)境成為研究該現(xiàn)象運作的極佳實驗室。

當然，缺點是超大質(zhì)量黑洞通常距離太遠，無法詳細研究它們更微妙的活動。這意味著我們通常需要等待災難性事件，比如恒星的毀滅，才能測量任何難以捉摸的行為。

這正是LEDA中心黑洞145386的例子，其質(zhì)量約為太陽的500萬倍。

2024年1月，茲維基瞬變設(shè)施記錄到該天體突然變亮，科學家們認定這與潮汐擾動事件相符——當一顆經(jīng)過的恒星被黑洞強大的引力撕裂時發(fā)出的尖叫光。這類事件是已知的，但極為罕見且極具趣味。因此，天文學家自然地繼續(xù)關(guān)注。

“當恒星靠近超大質(zhì)量黑洞時，黑洞強引力將其拉伸，最終將其撕裂，因此恒星的物質(zhì)開始落在它身上?！?a>天文學家圣地亞哥·德爾·帕拉西奧解釋道瑞典查爾姆斯大學的。

“這樣的事件會變得非常明亮;當光學望遠鏡發(fā)現(xiàn)了新的黑洞時，我們開始盡快在不同波長下觀測黑洞?！?/p>

隨著時間推移，一種奇怪的模式浮現(xiàn)出來。每隔19.6天，黑洞發(fā)出的X射線亮度會變化超過一個數(shù)量級。與此同時，該天體的無線電發(fā)射也發(fā)生了波動，變化幅度超過四個數(shù)量級。值得注意的是，這些X射線和無線電波動是同步的。

黑洞吞噬恒星被稱為潮汐擾動事件，因為恒星被黑洞的潮汐力——即其引力——擾亂。此時，恒星不會立即消失在黑洞事件視界之外;其被肢解的內(nèi)部噴涌而出，形成一個盤狀結(jié)構(gòu)，繞黑洞運行，逐漸向地平線墜落。

并非所有明星的材料都會倒下。天文學家認為，某些物質(zhì)沿著磁力線被加速，向黑洞的極地移動，在那里被以巨大的力量發(fā)射到太空，產(chǎn)生接近光速的巨大物質(zhì)噴流。

黑洞周圍的吸積盤發(fā)射X射線;與此同時，噴氣流的同步加速器產(chǎn)生了無線電光。兩者同步波動表明整個結(jié)構(gòu)像陀螺一樣搖晃——這是框架拖拽的效果。

“這種跨帶、高振幅和準周期的同步變異強烈表明吸積盤與噴流之間存在剛性耦合，噴流如同陀螺儀般圍繞黑洞自轉(zhuǎn)軸進動。”聯(lián)合第一作者王彥安表示中國科學院。

共擺動盤和噴流的模型也得出了類似結(jié)果，證實了像LEDA 145386中那個難以控制的黑洞這樣的天體，不僅可以作為研究吸積過程和噴流形成的實驗室，也能用于測試廣義相對論本身。

“通過展示黑洞可以拖拽時空并產(chǎn)生這種框架拖拽效應，我們也開始理解這一過程的機制?！?a>因塞拉說.

“所以，就像帶電物體旋轉(zhuǎn)時會產(chǎn)生磁場一樣，我們看到一個巨大旋轉(zhuǎn)的物體——在這里指的是黑洞——會產(chǎn)生影響恒星和其他宇宙物體運動的引力磁場。”

該研究已發(fā)表于科學進展.

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