http://tamweb.tam.gov.tw/v3/tw/content.asp?mtype=c2&idx=1208 天文學家以X射線望遠鏡直接測量遙遠黑洞的自轉狀態 　　天文學家利用錢卓（Chandra）和XMM-Newton兩座X射線觀測衛星，測量一個距離60億 光年遠（相當於大霹靂後約77億年的時期）的超大質量黑洞的自轉情形，結果發現它自轉 極端快速。這是天文學家首度直接測量這樣一個遙遠黑洞的自轉狀況，對研究黑洞如何隨 時間成長的研究有所助益。 　　黑洞基本上可由兩個物理性質決定其特徵：質量和自轉。然而天文學家長久以來的困 擾就是：黑洞的質量可以很有效率的測量到，但自轉的測量就難到讓這些天文學家抓狂。 過去10年中，天文學家設計出許多方式，想測量距離數十億光年外的黑洞自轉狀況，但都 是間接又間接的方式，中間牽涉了許多假設與步驟，一步依賴另一步，只要中間某個環節 出了錯，那就全盤皆錯。 　　美國密西根大學（University of Michigan）Rubens Reis等人為了甩開這些「中盤 商」，想獲得直接一點的測量結果，因此決定測量一個極亮類星體RX J1131-1231（簡寫 為RX J1131）中心超大質量黑洞拉扯周圍氣體的情形來測定這個黑洞的自轉速度。由於偶 然機會下，RX J1131前方有個質量龐大的巨型橢圓星系，受到其強大重力場使附近時空扭 曲的影響，使類星體RX J1131發出的光因重力透鏡效應（gravitational lens）而被放大 並增亮，天文學家因而得以仔細研究RX J1131這個遙遠類星體最內側區域的情形。 　　他們利用錢卓和XMM-Newton兩座X射線觀測衛星仔細測量RX J1131內側區域不同能量 的X射線強度，即測量它的X射線光譜。這些X射線主要來自黑洞周圍的吸積盤，盤中的氣 體與塵埃環繞黑洞過程中被加熱到數百萬度而形成一個類似日冕一樣的冕狀結構，而從這 個冕狀結構發出的X射線被吸積盤內側邊緣反射，被反射的X射線光譜又再受到鄰近黑洞的 強大重力作用而改變；基本上，X射線光譜改變程度愈大，表示是來自愈靠近黑洞的吸積 盤內側邊緣之處。Reis等人估計這些X射線應來自吸積盤內側區域，約僅黑洞的事件視界 （event horizon）約3倍半徑之處。事件視界是指物質一旦過了這個界線之後，便會永遠 墮入黑洞中，再也無力逃出生天。由於自轉黑洞會跩著它周圍的空間，跟著黑洞一起自轉 ，所以和不自轉的黑洞相較之下，可以讓繞黑洞公轉的物質更接近黑洞本身。因此，僅 3倍事件世界半徑距離，顯示這個黑洞必定自轉得非常快，才會讓在距離黑洞這麼近的半 徑內還有吸積盤存在；事實上，Reis等人估算出的黑洞自轉速度高達光速的一半。 　　藉由測量這個遙遠黑洞的自轉，這些天文學家發現這些天體如何隨時間成長的重要顯 塑。如果黑洞的成長主要是經由星系的碰撞和合併，那麼它們應該將物質堆積在一個穩定 的盤狀結構中，而這樣穩定的提供新物質給黑洞「食用」以便成長的過程，會導致黑洞快 速自轉。相反地，如果黑洞主要是經由許多小型的吸積事件來成長，那麼這些物質會堆積 得很隨意，並不均勻，來回推擠的結果，將使黑洞自轉速度變慢。 　　由Reis等人估算RX J1131中心超大質量黑洞自轉速度高達光速的一半來看，這個黑洞 應是經由星系合併的過程而成長。在RX J1131之前，曾直接估算過自轉速度的最遠黑洞分 別為25億光年和47億光年。如果能測量不同宇宙時期的黑洞自轉速度，或許可從中直接研 讀瞭解黑洞是否和其宿主星系的演化速度相同。而RX J1131在X波段的自轉速度測量，將 是這個企盼的重要里程碑。 --

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