X射线在宇宙海中发现旋转的黑洞

原标题：X射线在宇宙海中发现旋转的黑洞

就像海洋中的漩涡一样，太空中旋转的黑洞会在它们周围形成漩涡状的洪流。然而，黑洞不会产生风或水的涡流。相反，它们会产生加热到数亿度的气体和尘埃盘，并在 X 射线下发光。

利用来自美国宇航局钱德拉 X 射线天文台的数据和跨越数十亿光年的机会排列，天文学家部署了一种新技术来测量五个超大质量黑洞的自旋。这些宇宙漩涡之一中的物质正在以超过光速的 70% 左右的速度围绕着它的黑洞旋转。

天文学家利用了一种称为引力透镜的自然现象。正如爱因斯坦所预测的那样，只要正确对齐，大质量物体（例如大星系）的时空弯曲就可以放大并产生远处物体的多幅图像。

在这项最新研究中，天文学家使用钱德拉和引力透镜研究了六个类星体，每个类星体都由一个超大质量黑洞组成，从周围吸积盘中快速消耗物质。来自这些类星体中的每个类星体的光被一个介入星系的引力透镜效应产生了每个类星体的多个图像，如四个目标的这些钱德拉图像所示。需要钱德拉的清晰成像能力来分离每个类星体的多个透镜图像。

研究人员在这项研究中取得的关键进步是他们利用了“微透镜”，其中介入透镜星系中的单个恒星提供了来自类星体的光的额外放大。更高的放大倍数意味着产生 X 射线发射的区域更小。

研究人员随后利用了旋转黑洞拖曳空间的特性，并允许物质比非旋转黑洞更靠近黑洞运行。因此，对应于紧密轨道的较小发射区域通常意味着旋转速度更快的黑洞。作者从他们的微透镜分析中得出结论，X 射线来自如此小的区域，以至于黑洞必须快速旋转。

结果表明，被称为“爱因斯坦十字星”的带透镜类星体中的一个黑洞正在以或几乎以可能的最大速度旋转。这对应于事件视界，即黑洞的不归点，以光速旋转，大约为每小时 6.7 亿英里。样本中的其他四个黑洞平均以该最大速率的一半左右旋转。（第 6 次无法估计自旋。）

对于爱因斯坦十字星，X 射线来自盘的一部分，该部分小于事件视界的 2.5 倍，而对于其他 4 个类星体，X 射线来自大小为事件视界的 4 到 5 倍的区域的事件视界。

这些黑洞怎么能旋转得这么快？研究人员认为，这些超大质量黑洞很可能是在数十亿年的时间里从一个以类似方向和旋转方向旋转的吸积盘中积累的大部分物质，而不是从随机方向上积累起来的。就像旋转木马不断被推向同一个方向，黑洞不断加快速度。

当围绕黑洞的吸积盘在黑洞附近的吸积盘上方产生数百万度的云或日冕时，就会产生钱德拉探测到的 X 射线。来自这个日冕的 X 射线从吸积盘的内边缘反射，黑洞附近的强引力扭曲了反射的 X 射线光谱，即在不同能量下看到的 X 射线的数量。在这里研究的类星体的 X 射线光谱中看到的巨大畸变意味着盘的内边缘必须靠近黑洞，进一步证明它们必须快速旋转。