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2024年记录到的一次剧烈恒星瓦解事件,为天文学家提供了迄今为止最全面的证据,证明黑洞会扭曲其周围时空的结构。这种效应被称为参考系拖曳(或称伦茨-瑟林效应),在距离地球约4亿光年的LEDA 145386星系核心处观测到该效应,让天文学家有机会实时观测广义相对论的作用过程。英国卡迪夫大学的天体物理学家科西莫·因塞拉表示:“这对物理学家来说是一份真正的礼物,因为我们证实了一个多世纪前的预测。不仅如此,这些观测还让我们对潮汐瓦解事件(TDE)有了更多了解——当一颗恒星被黑洞施加的巨大引力撕碎时发生的现象。”
参考系拖曳是广义相对论的一个预测,很容易想象:把勺子放进蜂蜜中旋转,蜂蜜会跟着勺子转动,离勺子越近效应越强,越远则越弱。任何有质量的物体都会通过引力扭曲时空,当该物体旋转时,时空会随之产生相应的扭曲。此前已有多次参考系拖曳的观测记录,包括其对地球轨道卫星的影响。然而在地球附近,这种效应非常微弱;在质量比太阳大数百万倍的天体(如超大质量黑洞)周围,参考系拖曳则明显得多,这些环境是研究该现象的绝佳实验室。
当然,缺点是超大质量黑洞通常距离太远,无法详细研究其更微妙的活动,因此我们常常需要等待灾难性事件(如恒星毁灭)来测量这些难以捕捉的行为。LEDA 145386核心的黑洞就是如此,其质量约为太阳的500万倍。2024年1月,兹威基瞬变设施记录到该天体急剧增亮,科学家判定这与潮汐瓦解事件一致——一颗经过的恒星被黑洞强大引力撕裂时发出的光爆。这类事件已知但罕见且极具研究价值,因此天文学家持续观测。
瑞典查尔姆斯理工大学的天文学家圣地亚哥·德尔帕拉西奥解释道:“当恒星靠近超大质量黑洞时,黑洞的强引力会将其拉伸并最终撕裂,恒星物质开始落入黑洞。这种事件会变得非常明亮;当光学望远镜发现一个新事件时,我们会尽快开始在不同波长下观测该黑洞。”随着时间推移,出现了一种奇怪的模式:黑洞发射的X射线每19.6天亮度变化超过一个数量级,同时其射电辐射也有波动,变化超过四个数量级,且X射线和射电波动同步。
黑洞吞噬恒星被称为潮汐瓦解事件,因恒星被黑洞的潮汐力(引力拉扯)瓦解。此时恒星不会立即消失在黑洞的事件视界之外,其碎裂的内部物质会喷出并形成围绕黑洞旋转的吸积盘,逐渐向视界坠落。并非所有恒星物质都会落入黑洞,天文学家认为部分物质会沿磁场线加速向黑洞两极运动,以接近光速的速度被抛射到太空,产生巨大的喷流。吸积盘发射X射线,而喷流的同步加速产生射电光,两者的同步波动表明整个结构像陀螺一样摆动——这正是参考系拖曳的效应。
中国科学院的共同第一作者王亚楠表示:“这种跨波段、高振幅且准周期性的同步变化强烈表明,吸积盘和喷流之间存在刚性耦合,它们像陀螺仪一样围绕黑洞的自转轴进动。”对共同摆动的吸积盘和喷流的模型模拟得出了类似结果,证实像LEDA 145386中活跃的黑洞这样的天体,不仅可作为研究吸积过程和喷流形成的实验室,还能用于测试广义相对论本身。
因塞拉说:“通过证明黑洞可以拖曳时空并产生参考系拖曳效应,我们开始理解这一过程的机制。就像带电物体旋转时产生磁场一样,巨大的旋转物体(此处为黑洞)会产生引力磁场,影响附近恒星和其他宇宙天体的运动。”这项研究已发表在《科学进展》杂志上。
2024年记录到的一次剧烈恒星瓦解事件,为天文学家提供了迄今为止最全面的证据,证明黑洞会扭曲其周围时空的结构。这种效应被称为参考系拖曳(或称伦茨-瑟林效应),在距离地球约4亿光年的LEDA 145386星系核心处观测到该效应,让天文学家有机会实时观测广义相对论的作用过程。英国卡迪夫大学的天体物理学家科西莫·因塞拉表示:“这对物理学家来说是一份真正的礼物,因为我们证实了一个多世纪前的预测。不仅如此,这些观测还让我们对潮汐瓦解事件(TDE)有了更多了解——当一颗恒星被黑洞施加的巨大引力撕碎时发生的现象。”
参考系拖曳是广义相对论的一个预测,很容易想象:把勺子放进蜂蜜中旋转,蜂蜜会跟着勺子转动,离勺子越近效应越强,越远则越弱。任何有质量的物体都会通过引力扭曲时空,当该物体旋转时,时空会随之产生相应的扭曲。此前已有多次参考系拖曳的观测记录,包括其对地球轨道卫星的影响。然而在地球附近,这种效应非常微弱;在质量比太阳大数百万倍的天体(如超大质量黑洞)周围,参考系拖曳则明显得多,这些环境是研究该现象的绝佳实验室。
当然,缺点是超大质量黑洞通常距离太远,无法详细研究其更微妙的活动,因此我们常常需要等待灾难性事件(如恒星毁灭)来测量这些难以捕捉的行为。LEDA 145386Ơ..




