人类首次“看见”的那个黑洞，被证明确实在自旋！
在我国科学家主导、全球 45 个科研机构组成的国际科研团队共同努力下，人类首次“看见”的那个黑洞 M87，被证明确实在自旋，这一现象符合爱因斯坦广义相对论的相关预测。
9 月 27 日，相关研究成果发表在国际学术期刊《自然》（Nature）上。


▲倾斜吸积盘模型的示意图。科研人员制图
人类首次“看见”的那个黑洞，位于室女座一个巨椭圆星系 M87 的中心，距离地球 5500 万光年，质量约为太阳的 65 亿倍。2019 年，科学家首次发布 M87 黑洞的图像，此后持续开展对 M87 黑洞的观测研究。
这项最新研究成果的论文第一作者兼通讯作者、之江实验室博士后崔玉竹介绍，利用甚长基线干涉测量（VLBI）技术，科研人员在解析 M87 黑洞喷流结构过程中，惊奇地发现东亚 VLBI 网在 2017 年 3 月观测到的 M87 黑洞喷流指向，与以往有所不同。紧盯这一蛛丝马迹，通过深入分析近 23 年来全球多个 VLBI 网的观测数据，最终发现 M87 黑洞喷流呈现周期性摆动，摆动周期约为 11 年，振幅约为 10 度。这首次为黑洞自旋理论提供了最有力的观测证据。
活动星系中心的超大质量黑洞，堪称宇宙中最具破坏性的神秘天体之一。它们引力巨大，通过吸积盘“吃进”大量物质，同时又将物质以接近光速的高速“吐出来”，力量之大可以“吐到”数千光年以外。宇宙中到底有什么力量可以改变黑洞喷流方向，使其产生周期性摆动呢？


▲2013 年至 2018 年期间每两年合并后的 M87 喷流结构，观测频段为 43GHz。下图：基于 2000 年至 2022 年以一年为单位合并的图像得出的最佳拟合结果。科研人员制图
在更深入的研究中，科研团队基于观测结果进行了大量理论调研和细致分析，并使用超级计算机结合最新数据进行了数值模拟。结果证实：当吸积盘的旋转轴与黑洞的自旋轴存在夹角时，会因参考系“拖曳效应”导致整个吸积盘的摆动，而喷流受吸积盘的影响也会产生摆动。这一现象符合爱因斯坦的广义相对论预测的“如果黑洞处于旋转状态，会导致参考系拖曳效应”。
云南大学中国西南天文研究所副研究员林伟康表示，虽然自旋是黑洞理论的基础假设，但此前并没有直接观测证实。此次研究成功地将 M87 黑洞喷流动力学，与该星系中心超大质量黑洞状态联系起来，在支撑基础理论的同时，为进一步揭开黑洞的神秘面纱提供了关键要素。
甚长基线干涉测量（VLBI）技术，能将位于全球不同地点的多个射电望远镜联合起来，达到一架超大望远镜的观测效果。在这项最新研究中，使用了包括东亚 VLBI 网在内的多个国际观测网数据，全球共有超过 20 个射电望远镜为此项研究做出了贡献，其中包括中国科学院上海天文台 65 米天马望远镜和新疆天文台南山 26 米射电望远镜。
自 2017 年起，我国的这两台射电望远镜持续参与东亚 VLBI 网观测，分别在提高观测灵敏度和角分辨率上发挥了重要作用。据中国科学院上海天文台台长沈志强介绍，该台已于近期在西藏日喀则开工建设一台 40 米射电望远镜，建成后将进一步提升东亚 VLBI 网的高分辨率毫米波成像观测能力。
中国科学院国家天文台研究员、“中国天眼”首席科学家、之江实验室计算天文首席科学家李菂认为，我国科学家牵头取得的这项研究成果，离不开射电天文学与计算科学的深度融合。随着数据不断积累，之江实验室正在将人工智能、云计算等技术引入到天文领域，多学科携手共同探索宇宙奥秘。

来源: 新华社