證實M87星系中心超大質量黑洞正在旋轉

M87位於室女座，是一個巨大的橢圓星系，距離我們約5300萬光年。2019年4月事件視界望遠鏡（Event Horizon Telescope）發布了人類史上的第一張黑洞照片M87*，M87*是M87星系中心的超大質量黑洞，已知它有一個吸積盤（將物質吸入黑洞）和相對論性噴流。現在，M87*又創造了另一個第一：證實了黑洞正在旋轉。

2019年拍攝到的第一張黑洞影像。圖片來源：Event Horizon Telescope Collaboration

因為黑洞的重力是如此之大，連光都無法逃逸，因此很難研究，因為沒有任何訊息可以從其內部逃脫。但可以追蹤黑洞巨大的噴流，其橫跨4900光年，由於一種被稱為超光速運動的視錯覺，它的速度幾乎是光速的五倍。在此項研究中，天文學家準確地追蹤了M87*附近噴流長期演變的過程，分析了2000年至2022年間使用東亞VLBI 網路（EAVN）和超長基線陣列（VLBA）取得了170張超長基線干涉測量影像。結果表明吸積盤和黑洞自旋之間的重力交互作用，導致噴流底部擺動或進動，這與太陽系內的重力相互作用導致地球進動的方式非常相似。研究人員成功地將噴流的動力學與中心超大質量黑洞連結起來，提供了黑洞確實在旋轉的直接證據，噴流的角度變化約10度，週期約為11年，這與理論超級電腦模擬相符，此一重大發現令研究團隊對感到激動不已。

傾斜吸積盤模型示意圖。此圖中，假設黑洞自旋軸是垂直向上和向下，噴射方向幾乎垂直於吸積盤平面，黑洞自轉軸和圓盤旋轉軸之間的錯位觸發了圓盤和噴流的進動。圖片來源：Cui et al. / Intouchable Lab@Openverse / Zhejiang Lab

由於黑洞與圓盤之間的錯位相對較小，且進動週期約為11年，因此，要獲得此一成果需要累積至少20年M87結構的高解析度數據並進行徹底的分析。研究團表示利用事件視界望遠鏡成功取得這個星系的黑洞成像後，這個黑洞是否在旋轉就一直是科學家關注的焦點。現在，預期已成了肯定，黑洞確實在旋轉，此為我們對黑洞和噴流系統的理解帶來了新的進展。相關研究成果發表於《自然》（Nature）期刊上。