分析神祕週期性 X 射線，科學家測出黑洞轉速高達光速一半
透過觀察恆星被黑洞撕裂時釋出的神祕週期性 X 射線，麻省理工學院一組團隊終於計算出黑洞的旋轉速度：高達光速 50%。
麻省理工學院天體物理學與太空研究所 Dheeraj Pasham 表示，只要知道黑洞最基本的兩個屬性：質量與旋轉，你就能摸清一個黑洞。要測量黑洞的質量相對簡單，天文學家只要確定圍繞黑洞運轉的恆星之速度就可得知，黑洞質量越大，恆星移動速度越快；然而，測量黑洞旋轉的方式比較複雜，因為旋轉僅影響非常接近黑洞事件視界的時空。
不過根據潮汐力崩解（tidal disruption）理論，如果有顆恆星在最靠近黑洞的最內層穩定圓形軌道（ISCO，Innermost Stable Circular Orbit）上運行，那麼在恆星完全被黑洞吞噬前，應該會規律釋出 X 射線，這規律性取決於 ISCO 軌道大小，而 ISCO 軌道的尺寸又取決於黑洞的旋轉速度。
換句話說，只要我們試著從黑洞潮汐力崩解事件（tidal disruption event，TDE）中找到一道規律的 X 射線，就有機會測出黑洞的轉速。
為了知道黑洞旋轉性質，麻省理工學院團隊將目標放在全天自動超新星搜索計畫（All Sky Automated Survey for SuperNovae，ASASSN）於 2014 年 11 月 22 日發現的 ASASSN-14li 潮汐力崩解事件，當時天文學家證明這並非超新星，而是某顆恆星被一個質量較太陽大 300 萬倍的超大質量黑洞撕碎的最後吶喊。
▲ ASASSN-14li 潮汐力崩解事件想像圖。（Source：NASA）
在 ASASSN 之後，3 個 X 射線衛星：錢卓拉 X 射線天文衛星、XMM-牛頓衛星、尼爾·格雷爾斯雨燕天文衛星（Neil Gehrels Swift Observatory）迅速跟進檢測，在 450 天觀測期內，Dheeraj Pasham 團隊便從這批數據發現一個額外、強烈、神祕的週期性 X 射線訊號，來自黑洞事件視界附近，每隔 131 秒就堅持不懈的變亮、褪色。
團隊認為，實際上這個規律的 X 射線訊號就是由另一顆位於 ISCO 軌道的白矮星所引起，而不是來自那顆被黑洞吞噬的恆星。該白矮星軌道與黑洞的距離剛好不至於被黑洞潮汐力粉碎，但仍有些小碎屑被持續剝離，有如拖曳著一條發光的大衣，當它週期性繞過黑洞時，就是科學家看見的規律變亮、變暗的 X 射線。
將白矮星的公轉速度與黑洞的質量相結合，使研究人員得以確認黑洞的旋轉速度，根據計算，黑洞的旋轉速度將近光速一半。當然，從時間長河來看，這段規律的 X 射線爆發相當罕見，只會持續數百年，ISCO 軌道恆星終究會成為黑洞的養分。
團隊很幸運可以從數據中發現這個特殊系統，Dheeraj Pasham 期許接下來 10 年內能發現更多類似事件。新論文發表在《科學》期刊。
X-ray pulse detected near event horizon as black hole devours star
A Star Fell Into a Black Hole, Revealing Its Super-Fast Spin
Astronomers Clock a Black Hole Spinning at Half the Speed of Light
（首圖來源：麻省理工學院）