轉(zhuǎn)狀態(tài)，會存在拖曳效應(yīng)”的預(yù)測。這項研究成果成功地將M87星系中心黑洞噴流的動力學(xué)與該星系中心超大質(zhì)量黑洞的狀態(tài)聯(lián)系起來，為M87黑洞自旋的存在提供了有力的觀測證據(jù)。相關(guān)研究成果于北京時間9月27日在《自然》雜志上發(fā)表。

本項研究成果的傾斜吸積盤模型的示意圖。之江實驗室博士后崔玉竹等供圖

專家介紹，如果把M87黑洞的自旋方向視為垂直于地面，那么吸積盤就如同與地面形成一定角度的陀螺螺體，而晃動的陀螺軸心則是一道長達(dá)5000光年的噴流。不同的是，陀螺運動的支點在它的下方，而吸積盤的運動中心是其中心的黑洞。

科研人員針對M87星系中心超大質(zhì)量黑洞及其噴流進(jìn)行了研究，通過分析最近23年來的VLBI觀測數(shù)據(jù)，成功地捕捉到M87中噴流的周期性進(jìn)動。

經(jīng)過大量的分析，研究團隊推斷問題的答案可能就隱藏在吸積盤的動力學(xué)性質(zhì)中：具有一定角動量的物質(zhì)會繞著黑洞作軌道運動并形成吸積盤，它們受到黑洞的引力會不斷地靠近黑洞直到不可逆地被“吸食”到黑洞里。然而，吸積盤的角動量可受多種隨機因素影響，極有可能與黑洞自旋軸存在一定夾角。但黑洞的超強引力會對周圍的時空產(chǎn)生重大的影響，會導(dǎo)致附近的物體沿著黑洞的旋轉(zhuǎn)方向被拖曳，即愛因斯坦的廣義相對論預(yù)測的“拖曳效應(yīng)”，進(jìn)而引發(fā)吸積盤和噴流周期性的進(jìn)動。

上圖：2013年至2018年期間每兩年合并后的M87噴流結(jié)構(gòu)（觀測頻段為43 GHz）。對應(yīng)的年份顯示在左上角。白色箭頭指示了每個子圖中的噴流位置角度。下圖：基于2000年至2022年以一年為單位合并的圖像得出的最佳擬合結(jié)果。受訪對象供圖

研究團隊基于觀測結(jié)果進(jìn)行了大量細(xì)致的理論調(diào)研和分析，并使用超級計算機進(jìn)行了最新的結(jié)合M87性質(zhì)的數(shù)值模擬。其結(jié)果證實了當(dāng)吸積盤的旋轉(zhuǎn)軸與黑洞的自旋軸存在夾角時，會因參考系拖曳效應(yīng)導(dǎo)致整個吸積盤的進(jìn)動，而噴流受吸積盤的影響也產(chǎn)生進(jìn)動。探測到噴流的進(jìn)動可為M87中心黑洞的自旋提供有力的觀測證據(jù)，帶來對超大質(zhì)量黑洞性質(zhì)的新認(rèn)知。

論文第一作者兼通訊作者，之江實驗室博士后、研究人員崔玉竹表示：“我們很開心也很幸運能有這一重大發(fā)現(xiàn)。由于黑洞自旋軸與吸積盤角動量之間的夾角較小、進(jìn)動周期又超過十年，因此積累超兩個周期的高分辨率數(shù)據(jù)，并對M87結(jié)構(gòu)的仔細(xì)分析，這些都是獲得這一成果的必要條件?！?/p>

“現(xiàn)在，我們的成果從觀測上進(jìn)一步肯定了以往的預(yù)期，這個饕餮般的黑洞確實在自旋?！比毡緡⑻煳呐_的Kazuhiro Hada博士補充說。

據(jù)悉，這項工作使用了包括東亞VLBI網(wǎng)（EAVN）、美國的甚長基線陣列、韓國KVN和日本VERA聯(lián)合陣列以及東亞到意大利/俄羅斯聯(lián)合的EATING觀測網(wǎng)在內(nèi)的多個國際觀測網(wǎng)絡(luò)的170個觀測數(shù)據(jù)，全球超過20個射電望遠(yuǎn)鏡為這項研究作出了貢獻(xiàn)。

“近年來的科學(xué)發(fā)現(xiàn)，已經(jīng)充分展現(xiàn)了毫米波VLBI技術(shù)在研究超大質(zhì)量黑洞和探索宇宙奧秘中的獨特優(yōu)勢?！敝袊茖W(xué)院上海天文臺沈志強研究員強調(diào)，近期開工建設(shè)的上海天文臺日喀則40米射電望遠(yuǎn)鏡，建成后將進(jìn)一步提升EAVN的高分辨率毫米波成像觀測能力。其所在的青藏高原是全球范圍內(nèi)最適合開展（亞）毫米波觀測的優(yōu)良站址區(qū)域之一，他們希望借此推動發(fā)展中國亞毫米波天文觀測。

“射電望遠(yuǎn)鏡和手機接收信號的基本原理一致，都需要在時域高速采樣，從而產(chǎn)生海量的數(shù)據(jù)。進(jìn)一步深度融合高速發(fā)展的計算科學(xué)前沿和射電天文探索將能揭示包括黑洞在內(nèi)的宇宙神秘現(xiàn)象的本質(zhì)?！敝袊茖W(xué)院國家天文臺研究員、“中國天眼”（500米口徑球面射電望遠(yuǎn)鏡，F(xiàn)AST）首席科學(xué)家、之江實驗室計算天文首席科學(xué)家李菂點評說。隨著數(shù)據(jù)的不斷積累，之江實驗室正在將人工智能、云計算等技術(shù)引入到天文研究，提高數(shù)據(jù)處理效率、擴大探究物理參數(shù)的空間。