我們其實並不知道銀河系中心超大質量黑洞的旋轉速度，但或許有方法找到它。

除非愛因斯坦的理論是錯誤的，一個黑洞可以由三個性質確定：電荷，質量和自旋。由於黑洞俘獲的物質是電中性的，黑洞應當近似不帶電。黑洞的質量決定了其事件視界半徑，其可以通過多種方式測得：從周圍物質的亮度到鄰近天體的運動軌跡。然而，黑洞的自旋卻相對難以研究得多。

從黑洞發射的X射線如何向我們揭示黑洞的自旋。（來源：NASA/JPL-CaltechA）黑洞的自旋本質上就是它的旋轉。就像恆星和行星，黑洞也圍繞其自身的自轉軸旋轉。然而和恆星或行星不同，黑洞並沒有物質性的表面。因此黑洞的自旋就和質量一樣，是一種時空屬性。自旋決定了黑洞周圍的時空被其以何種程度翹曲。因此，爲了測量黑洞的自旋，就需要研究黑洞附近的物質如何運轉。

一部分超大質量黑洞的自旋現在已經被測出。對於少數活躍的黑洞，我們能夠研究黑洞吸積盤發射的X射線。這些X射線的能量會從黑洞的旋轉中得到提升，而我們可以通過對此提升進行測量以得出黑洞的自旋。另外一種方式是直接對黑洞進行成像，就像我們曾經對M87星系中心黑洞做過的一樣。在那個黑洞周圍的光環中，朝我們旋轉的一側看上去更加明亮。

由於黑洞的自旋，光環的一側顯得更加明亮。（來源：EHT Collaboration）但是我們並不知道距離我們最近的超大質量黑洞，銀河系中心黑洞的自旋。銀河系中心黑洞不是非常活躍，並且它也比M87星系黑洞要小得多。因此我們並不能通過觀測其周圍的光去測量它的自旋。但天體物理學報通信裏一篇新的論文卻認爲有另一種方式可以測量黑洞的自旋。

這個方法爲慣性系拖曳效應。當質量旋轉時，它會輕微地扭曲周圍的空間。我們已知這是真實存在的，因爲我們已經測量了地球自轉的慣性系拖曳效應。同樣，黑洞的旋轉也會產生相同的慣性系拖曳效應，並且通過測量，我們能確定黑洞的自旋速度。我們無法用測量地球方法在黑洞周圍的軌道上放置探測器，但是下一個方法可以做到。

S星團圍繞着銀河系中的黑洞旋轉。圖片來源：NCSA,UCLA/Keck數百顆恆星圍繞着銀河系中心的黑洞運動。其中大約有四十顆稱它們爲S恆星，其軌道距離黑洞非常近。隨着時間的推移，它們的軌道會因慣性系拖曳效應而發生位移。如果我們可以測量所發生的位移，就可以隨之測量黑洞的自旋速度——黑洞的自旋速度越大，S恆星的軌道位移就越大。

在這項新工作中，科研團隊研究了S恆星的軌道，發現沒有慣性系拖曳效應。考慮到我們對這些恆星軌道的瞭解程度，我們知道銀河系中心黑洞的旋轉必須很緩慢。科研團隊確定S恆星的轉速在0-1的範圍內不得超過0.1，這意味着它的轉速小於小區黑洞最大可能轉速的10%。相比之下，黑洞M87的轉速至少爲0.4。

相關知識

黑洞是一個時空區域，它的引力非常強，以至於沒有任何粒子，電磁輻射能夠從中逃逸，例如：光[1]。廣義相對論預測，足夠大的質量會是時空扭曲，從而形成黑洞[2] [3]。無法逃脫的區域邊界稱爲事件視界。儘管事件視界對穿過它的物體的環境和狀態有着巨大的影響，但是根據廣義相對論，它沒有局部可檢測的特徵[4]。在許多方面，黑洞猶如一個理想化的黑體，因爲它不反射任何光線[5] [6]。此外，彎曲時空中的量子場論預測，事件視界會發射霍金輻射，其光譜與黑體相同，其質量與溫度成反比。對於恆星質量的黑洞，該溫度約爲十億分之一開爾文溫度，所以無法觀察到。

作者： BRIAN KOBERLEIN

FY：Astronomical volunteer team

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