轉狀態，會存在拖曳效應”的預測。這項研究成果成功地將M87星系中心黑洞噴流的動力學與該星系中心超大質量黑洞的狀態聯系起來，為M87黑洞自旋的存在提供了有力的觀測證據。相關研究成果于北京時間9月27日在《自然》雜志上發表。

本項研究成果的傾斜吸積盤模型的示意圖。之江實驗室博士后崔玉竹等供圖

專家介紹，如果把M87黑洞的自旋方向視為垂直于地面，那么吸積盤就如同與地面形成一定角度的陀螺螺體，而晃動的陀螺軸心則是一道長達5000光年的噴流。不同的是，陀螺運動的支點在它的下方，而吸積盤的運動中心是其中心的黑洞。

科研人員針對M87星系中心超大質量黑洞及其噴流進行了研究，通過分析最近23年來的VLBI觀測數據，成功地捕捉到M87中噴流的周期性進動。

經過大量的分析，研究團隊推斷問題的答案可能就隱藏在吸積盤的動力學性質中：具有一定角動量的物質會繞著黑洞作軌道運動并形成吸積盤，它們受到黑洞的引力會不斷地靠近黑洞直到不可逆地被“吸食”到黑洞里。然而，吸積盤的角動量可受多種隨機因素影響，極有可能與黑洞自旋軸存在一定夾角。但黑洞的超強引力會對周圍的時空產生重大的影響，會導致附近的物體沿著黑洞的旋轉方向被拖曳，即愛因斯坦的廣義相對論預測的“拖曳效應”，進而引發吸積盤和噴流周期性的進動。

上圖：2013年至2018年期間每兩年合并后的M87噴流結構（觀測頻段為43 GHz）。對應的年份顯示在左上角。白色箭頭指示了每個子圖中的噴流位置角度。下圖：基于2000年至2022年以一年為單位合并的圖像得出的最佳擬合結果。受訪對象供圖

研究團隊基于觀測結果進行了大量細致的理論調研和分析，并使用超級計算機進行了最新的結合M87性質的數值模擬。其結果證實了當吸積盤的旋轉軸與黑洞的自旋軸存在夾角時，會因參考系拖曳效應導致整個吸積盤的進動，而噴流受吸積盤的影響也產生進動。探測到噴流的進動可為M87中心黑洞的自旋提供有力的觀測證據，帶來對超大質量黑洞性質的新認知。

論文第一作者兼通訊作者，之江實驗室博士后、研究人員崔玉竹表示：“我們很開心也很幸運能有這一重大發現。由于黑洞自旋軸與吸積盤角動量之間的夾角較小、進動周期又超過十年，因此積累超兩個周期的高分辨率數據，并對M87結構的仔細分析，這些都是獲得這一成果的必要條件。”

“現在，我們的成果從觀測上進一步肯定了以往的預期，這個饕餮般的黑洞確實在自旋。”日本國立天文臺的Kazuhiro Hada博士補充說。

據悉，這項工作使用了包括東亞VLBI網（EAVN）、美國的甚長基線陣列、韓國KVN和日本VERA聯合陣列以及東亞到意大利/俄羅斯聯合的EATING觀測網在內的多個國際觀測網絡的170個觀測數據，全球超過20個射電望遠鏡為這項研究作出了貢獻。

“近年來的科學發現，已經充分展現了毫米波VLBI技術在研究超大質量黑洞和探索宇宙奧秘中的獨特優勢。”中國科學院上海天文臺沈志強研究員強調，近期開工建設的上海天文臺日喀則40米射電望遠鏡，建成后將進一步提升EAVN的高分辨率毫米波成像觀測能力。其所在的青藏高原是全球范圍內最適合開展（亞）毫米波觀測的優良站址區域之一，他們希望借此推動發展中國亞毫米波天文觀測。

“射電望遠鏡和手機接收信號的基本原理一致，都需要在時域高速采樣，從而產生海量的數據。進一步深度融合高速發展的計算科學前沿和射電天文探索將能揭示包括黑洞在內的宇宙神秘現象的本質。”中國科學院國家天文臺研究員、“中國天眼”（500米口徑球面射電望遠鏡，FAST）首席科學家、之江實驗室計算天文首席科學家李菂點評說。隨著數據的不斷積累，之江實驗室正在將人工智能、云計算等技術引入到天文研究，提高數據處理效率、擴大探究物理參數的空間。