首个恒星级黑洞被精确测量,研究者苟利军揭秘如何测黑洞(3)

2021-02-20 16:59     新京报

释疑三:三次观测结果为什么不同?

从2011年的14.8倍的太阳质量,到此次的21倍太阳质量,观测结果不同,是否有可能是黑洞本身质量在10年之间变大?

"这种可能性较小"。苟利军说,通过观测,科研人员可以了解黑洞的吸积率。10年对于人来说算是漫长了,但是对于黑洞,10年吸积气体的速率还是比较慢的,10年中黑洞质量的增加甚至不会到千分之一,完全可以忽略掉。他曾经做过计算,黑洞吸积一个太阳质量,估计需要几十万年的时间。

释疑四:如何测量黑洞的自转速度?

此次,苟利军带领的研究团队对黑洞的自转速度进行了研究,研究结果同时发表在《科学》和《天体物理学报》上。研究团队发现,与之前的研究结果相比,这一黑洞的自转变快了--黑洞视界面正在以至少95%倍光速的线速度自转,这也是目前已知的唯一一个以如此高速度转动的黑洞系统。

苟利军说,测量黑洞质量需要了解黑洞周围伴星的速率和轨道半径。测定黑洞自转相对比较复杂。因为黑洞自转的影响效应非常弱,只能够影响到黑洞周围几百公里的范围。而黑洞的伴星位于几百万公里之外,所以黑洞自转只对临近区域的吸积盘产生一些影响。

物质从伴星被撕扯过来以后,不是直接掉入黑洞,而是螺旋状围绕黑洞转动,形成盘状结构,慢慢掉入黑洞里。吸积盘有一个截断半径,在截断半径之外的气体,可以存在比较长的时间,而在截断半径之内,气体就很快掉入到黑洞里面去了,所以看起来黑洞的吸积盘似乎存在一个内半径。

理论发现黑洞转得越快,吸积盘的内半径就会越靠近黑洞,转得越慢,吸积盘的内半径越远离黑洞。科研人员通过测量内半径具体的位置,可以间接推算出黑洞的自转速度。

释疑五:测量结果对黑洞研究有何意义?

苟利军说,就黑洞而言,只需要三个参数--质量、自转和电荷,就可以完整描述黑洞。黑洞周围有很多带电粒子,假如黑洞带电,很容易吸附周围其他的异性电荷,最终达到电平衡。所以对于黑洞而言,只需要质量和自转就可以完整描述黑洞。

"但我们测量到的质量其实也是包含了自转能对应的质量,我们在直接进行质量测量的时候,不能区分所测量的质量到底包含了多少转动能量,必须要等到有了精确测量自转之后。对于特定质量的黑洞而言,自转越快,包含的自转能越多。"苟利军说。

发现黑洞质量更大,转速更快,对于进一步研究黑洞有何意义?苟利军说,质量和自转是黑洞最基本的两个特性。如果缺乏这些基础的了解,对黑洞的演化历史和特征就无从着手了。

"这次我们就对黑洞的质量、自转做了精确的限定以后,就可以通过后续恒星演化,对如何产生黑洞做更加精确的描述。"

新京报记者张璐