爱因斯坦预言成真 天文学家首次观测到黑洞扭曲时空

IT之家 1 月 4 日消息，天文学家首次观测到旋转黑洞附近的时空本身出现了扰动。这一发现是在一颗恒星被摧毁的过程中揭示的，证实了爱因斯坦相对论的一项重要预测。

对于一直致力于捕捉宇宙中最难观测的现象之一的科学家们而言，此次发现堪称天文学领域的一次罕见突破。在发表于《科学进展》的研究中，天文学家宣布首次直接探测到高速旋转黑洞引发的时空涡旋畸变。

首次直接观测到黑洞参考系拖曳现象据IT之家了解，这种现象被称为伦琴 - 塞林进动，也叫参考系拖曳效应。其描述了旋转的黑洞如何扭曲其周围的时空，拖拽附近的物质，并导致恒星和气体的运行轨迹缓慢摆动。

该研究团队由中国科学院国家天文台牵头，卡迪夫大学参与协作。他们将研究焦点对准了一个名为 AT2020afhd 的天体，这是一次潮汐瓦解事件（TDE），即一颗恒星因过于靠近超大质量黑洞而被撕裂。

恒星撕裂过程中显现的旋转吸积盘与喷流恒星被撕碎后，其残骸在黑洞周围形成了高速旋转的吸积盘。与此同时，能量强大的物质喷流以接近光速的速度向外喷发。

通过分析该事件产生的 X 射线和射电信号中重复出现的规律，科学家们发现，吸积盘和喷流正同步发生扰动。这种协同运动每 20 天重复一次，成为时空扭曲效应存在的明确信号。

百年预言终获证实这一效应背后的理念最早由爱因斯坦于 1913 年提出，后于 1918 年由伦琴与塞林完成数学层面的描述。此次新观测不仅证实了广义相对论的核心预言，还为研究人员提供了一种全新的手段，用于探究黑洞的自旋特性、物质坠入黑洞的过程以及喷流的形成机制。

卡迪夫大学物理与天文学院高级讲师、该论文合著者之一科西莫・因塞拉博士表示：“我们的研究提供了迄今为止最有力的证据，证明伦琴 - 塞林进动效应确实存在 —— 黑洞会带动周围时空一同旋转，就像旋转的陀螺会带动其周围漩涡中的水流一样。”

“对物理学家而言，这无疑是一份厚礼，因为我们证实了一个百年前的预言。不仅如此，这些观测数据还让我们对潮汐瓦解事件的本质有了更深的认识 —— 即恒星在黑洞超强引力的作用下被撕碎的过程。”

“与此前研究过的射电信号稳定的潮汐瓦解事件不同，AT2020afhd 的信号存在短期变化，而这种变化无法归因于黑洞及其周围物质释放的能量。这一现象进一步印证了我们关于参考系拖曳效应的判断，也为科学家探索黑洞提供了新方法。”

望远镜如何捕捉到这一效应为探测参考系拖曳效应的信号，研究团队分析了尼尔・格雷尔斯雨燕天文台（雨燕望远镜）的 X 射线观测数据，以及卡尔・G・扬斯基甚大阵列（VLA）的射电观测数据。

他们还借助电磁光谱学研究了黑洞周围物质的构成与运动状态，这有助于确定相关物质的结构与属性，进而证实其背后的物理过程。

因塞拉博士解释道：“证实黑洞能够拖曳时空并产生参考系拖曳效应的同时，我们也正逐步厘清这一过程的运行机制。这就像带电物体旋转时会产生磁场一样，我们观测到大质量旋转天体 —— 此处即黑洞，会产生一种引力磁场，这种引力磁场会对附近恒星及其他宇宙天体的运动产生影响。这一发现提醒着我们，尤其是在节日季仰望璀璨夜空、心生赞叹之时：我们已然有能力去发现自然界中那些形态各异、超乎想象的神奇天体。”

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