臺北市立天文科學教育館

最新的研究測量出了位於銀河系中心的超大質量黑洞旋轉速度非常快。根據利用NASA的查德拉X射線望遠鏡（Chandra X-ray Observatory）和美國國家電波電文台的甚大天線陣（VLA）的數據進行的最新研究，位於銀河系中心的超大質量黑洞旋轉速度非常快。這個位於銀河系中心的超大質量黑洞稱為人馬座A*（簡稱Sgr A*），距離地球約26,000光年，其質量約為太陽質量的4百萬倍。

最近天文學家揭示了一種確定Sgr A*自轉速度的新方法。通過結合X射線和無線電數據，研究團隊觀察了周圍物質的運動並推斷出Sgr A*的角速度。令人驚訝的是，Sgr A*的自轉速度為速度上限的60%。速度上限即為以光速旋轉。這是一個開創性的研究，因為有史以來，天文學家對於Sgr A*的旋轉速度的估計是從靜止到旋轉速度上限都有理論提出，這一次的研究發表為黑洞的動態特性提供了新的見解。研究結果發表在《皇家天文學會月報》（Daly et al. 2023）。

圖說：這幅藝術插圖描述了一項關於我們銀河系中心的超大質量黑洞Sgr A*的新研究結果。發現Sgr A*自轉速度非常之快，以至於它將周圍的時空扭曲成一個看起來像美式足球的形狀。旋轉的黑洞會隨著它的旋轉拉動「時空」和附近的物質。旋轉黑洞周圍的時空也會被壓縮。從頂部向下看黑洞，時空呈圓形。然而，從側面觀察旋轉的黑洞時，時空形狀像一個橄欖球。自轉速度越快，橄欖球越扁。插圖顯示了Sgr A*的一個橫截面和環繞其旋轉的物質形成的盤。中心的黑色球體代表著黑洞的事件視界，這是黑洞的邊界，任何東西，甚至光，都無法逃離。黃橙色的物質代表著環繞Sgr A*旋轉的氣體。藍色的流體表示噴流從旋轉黑洞的兩極噴射。

圖說：Sgr A*及其周圍區域的Chandra X射線影像。

理論天文物理學家認為，高速噴流的形成是由於黑洞周圍的磁場把一部分快被吸進黑洞的物質以極高的速度向外拋出所造成。但這需要一顆高速自轉的黑洞，以及需要黑洞附近至少存在一些物質。由於Sgr A*周圍的物質有限，這個黑洞在最近幾千年中一直相對安靜，噴流相對較弱。然而，這次的研究顯示，如果Sgr A*周圍的物質量增加，這種情況可能會改變。高速旋轉的黑洞就像發射台上的火箭。一旦物質靠近足夠近，就像有人給火箭加了燃料，並按下了發射按鈕一樣，爆發噴流。這意味著在將來，如果Sgr A*附近物質的性質和磁場強度發生變化，高速自轉的黑洞會驅動更強大的噴流。而物質來源可能來自銀河系中心的氣體，或者是如果恒星因移動至太接近Sgr A*被黑洞的引力撕裂後的殘骸。天文學家一直對Sgr A*有特別仔細的觀察，因為它是離我們最近的超大質量黑洞。雖然它現在很安靜，但可能在一千或一百萬年後，甚至我們的有生之年再次爆發噴流。我們銀河系黑洞周圍在X射線和伽馬射線的觀測中看到的「費米泡泡」就顯示，過去Sgr A*可能曾經活躍過，而這也是測量我們銀河系中心黑洞的自轉的一個重要檢驗。（編譯／段皓元）

資料來源：Chandra X-ray Observatory Press Room

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