http://tamweb.tam.gov.tw/v3/tw/content.asp?mtype=c2&idx=1208 天文学家以X射线望远镜直接测量遥远黑洞的自转状态 　　天文学家利用钱卓（Chandra）和XMM-Newton两座X射线观测卫星，测量一个距离60亿 光年远（相当於大霹雳後约77亿年的时期）的超大质量黑洞的自转情形，结果发现它自转 极端快速。这是天文学家首度直接测量这样一个遥远黑洞的自转状况，对研究黑洞如何随 时间成长的研究有所助益。 　　黑洞基本上可由两个物理性质决定其特徵：质量和自转。然而天文学家长久以来的困 扰就是：黑洞的质量可以很有效率的测量到，但自转的测量就难到让这些天文学家抓狂。 过去10年中，天文学家设计出许多方式，想测量距离数十亿光年外的黑洞自转状况，但都 是间接又间接的方式，中间牵涉了许多假设与步骤，一步依赖另一步，只要中间某个环节 出了错，那就全盘皆错。 　　美国密西根大学（University of Michigan）Rubens Reis等人为了甩开这些「中盘 商」，想获得直接一点的测量结果，因此决定测量一个极亮类星体RX J1131-1231（简写 为RX J1131）中心超大质量黑洞拉扯周围气体的情形来测定这个黑洞的自转速度。由於偶 然机会下，RX J1131前方有个质量庞大的巨型椭圆星系，受到其强大重力场使附近时空扭 曲的影响，使类星体RX J1131发出的光因重力透镜效应（gravitational lens）而被放大 并增亮，天文学家因而得以仔细研究RX J1131这个遥远类星体最内侧区域的情形。 　　他们利用钱卓和XMM-Newton两座X射线观测卫星仔细测量RX J1131内侧区域不同能量 的X射线强度，即测量它的X射线光谱。这些X射线主要来自黑洞周围的吸积盘，盘中的气 体与尘埃环绕黑洞过程中被加热到数百万度而形成一个类似日冕一样的冕状结构，而从这 个冕状结构发出的X射线被吸积盘内侧边缘反射，被反射的X射线光谱又再受到邻近黑洞的 强大重力作用而改变；基本上，X射线光谱改变程度愈大，表示是来自愈靠近黑洞的吸积 盘内侧边缘之处。Reis等人估计这些X射线应来自吸积盘内侧区域，约仅黑洞的事件视界 （event horizon）约3倍半径之处。事件视界是指物质一旦过了这个界线之後，便会永远 堕入黑洞中，再也无力逃出生天。由於自转黑洞会跩着它周围的空间，跟着黑洞一起自转 ，所以和不自转的黑洞相较之下，可以让绕黑洞公转的物质更接近黑洞本身。因此，仅 3倍事件世界半径距离，显示这个黑洞必定自转得非常快，才会让在距离黑洞这麽近的半 径内还有吸积盘存在；事实上，Reis等人估算出的黑洞自转速度高达光速的一半。 　　藉由测量这个遥远黑洞的自转，这些天文学家发现这些天体如何随时间成长的重要显 塑。如果黑洞的成长主要是经由星系的碰撞和合并，那麽它们应该将物质堆积在一个稳定 的盘状结构中，而这样稳定的提供新物质给黑洞「食用」以便成长的过程，会导致黑洞快 速自转。相反地，如果黑洞主要是经由许多小型的吸积事件来成长，那麽这些物质会堆积 得很随意，并不均匀，来回推挤的结果，将使黑洞自转速度变慢。 　　由Reis等人估算RX J1131中心超大质量黑洞自转速度高达光速的一半来看，这个黑洞 应是经由星系合并的过程而成长。在RX J1131之前，曾直接估算过自转速度的最远黑洞分 别为25亿光年和47亿光年。如果能测量不同宇宙时期的黑洞自转速度，或许可从中直接研 读了解黑洞是否和其宿主星系的演化速度相同。而RX J1131在X波段的自转速度测量，将 是这个企盼的重要里程碑。 --

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