M87*黑洞正像陀螺摆晃，首发现黑洞喷流周期性进动直接证据

一项长达 2 年的研究得出与爱因斯坦广义相对论预测一致之最新结论：M87 星系超大质量黑洞呈周期振荡性喷流，拿下黑洞自旋轴进动的直接证据。

M87* 超大质量黑洞于 2019 年声名远播，该星系距离地球 5,500 万光年，质量达太阳 65 亿倍，是科学家首次利用虚拟洲际望远镜“直接”对其阴影成像的黑洞，当然世界各地电波望远镜已关注这个黑洞 20 多年。

超大质量黑洞是宇宙最具破坏性天体，透过巨大引力吸积的物质会再以粒子喷流形式吐出，这种电浆流速度接近光速，可在宇宙延伸数千光年之长，然而一个多世纪以来，超大质量黑洞与吸积盘、喷流之间的能量传递机制一直困扰着天文物理学家。

直接证据表明 M87* 黑洞自旋

究竟宇宙中有什么力量可规律改变巨大能量喷流的方向?经大量分析推断，答案可能隐藏于吸积盘动力学：目前主流理论认为黑洞角动量是周围物质重新喷出的能量来源，当黑洞附近存在磁场且黑洞处于旋转状态，就会如导体切割磁力线一般产生电场，从而加速黑洞周围电浆，最终部分物质携带巨大能量被喷射出去。

角动量可受多种随机因子影响，可能与黑洞自旋轴有一定夹角，而黑洞超强引力会对周围时空产生影响，导致附近物体沿着黑洞旋转方向被拖曳，即爱因斯坦广义相对论预测的“参考系拖曳效应”，进而引发吸积盘和喷流周期性进动。

也就是说，黑洞自旋是上述理论关键因素，但这项最基本参数极难测量，甚至黑洞是否处于旋转状态至今都没有直接观测证据。

中国之江实验室领导的国际团队于是将研究目标锁定在 M87* 黑洞，分析过去 23 年望远镜从该黑洞获得的大量 VLBI 数据，检测其底部进动喷流以理解黑洞状态，结果证实了该黑洞确实在自旋，底部喷流呈周期性摆动，周期约 11 年，振幅约 10 度，或者说“喷流每 11 年改变一次 10 度左右角度”，符合爱因斯坦广义相对论“如果黑洞处于旋转状态，会导致参考系拖曳效应”的预测。

长期数据表明 M87* 黑洞喷流呈周期性摆动。

由于 M87* 黑洞与吸积盘错位相对较小，且进动周期长达 11 年，因此累积 20 多年的高解析度数据对此成果至关重要。

此外，与更年轻的黑洞相比，宇宙二代黑洞旋转速度预计更慢，为了证实这假设，研究人员需研究不同大小黑洞的自转速率，而最新研究可能朝此方向迈出重要一步，比如与 2019 年观测到另一个距离地球 8,000 光年的黑洞喷流进动进行比较，后者喷流摆动时间仅几分钟，是天文学家迄今观测到的最快喷流摆动。

新论文发表在《自然》（Nature）期刊。