第10章 M87黑洞 (5/8)

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是阴影角大小，

d

是距离）。计算结果与之前用恒星动力学（观测星系中心恒星的运动速度）得到的质量一致——65亿m☉，误差小于10%。

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意义：这个质量让m87黑洞跻身“超大质量黑洞”（smbh）的顶端——银河系中心的sgr

a*只有400万m☉，而m87黑洞是它的1600倍。

1.2

自旋：0.9倍光速的“宇宙陀螺”

黑洞的自旋，决定了它的“性格”——快速自旋的黑洞会产生更强的喷流，更剧烈的吸积盘活动。m87黑洞的自旋速度，约为0.9倍光速（接近理论最大值）。

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测量方法：通过分析喷流的偏振方向（2023年eht发布的偏振图像）和吸积盘的亮度分布：

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喷流的方向与吸积盘的平面垂直，说明黑洞在自旋（参考系拖拽效应将吸积盘物质“拖”向自转轴）；

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吸积盘内侧的亮度梯度（越靠近黑洞越亮），对应自旋带来的“框架拖拽”加速。

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意义：0.9倍光速的自旋，让m87黑洞成为一个“高效的能量引擎”——它能将吸积物质的10%以上质量转化为喷流能量（普通恒星的能量转化效率仅0.7%）。

1.3

电荷：“无毛定理”的终极验证

黑洞的电荷，是最神秘的参数。根据无毛定理（no-hair

theorem），黑洞只有三个可观测属性：质量、自旋、电荷。而m87黑洞的电荷，几乎为零。

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原因：宇宙中的黑洞大多由恒星坍缩或星系合并形成，这些过程会中和电荷——就像雷电云中的电荷会被导走，黑洞也无法保留大量电荷。

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验证：eht的图像中，阴影的完美圆形轮廓，间接证明了电荷为零——如果有电荷，事件视界会因电磁力而变形，阴影不再是圆形。

二、吸积盘的“火焰”：高温气体的运动与辐射

m87黑洞周围的吸积盘，是宇宙中最炽热的“熔炉”——温度高达101?

k，足以让铁原子核解体。它的存在，是黑洞能量的主要来源。

2.1

吸积盘的结构：从“薄盘”到“热斑”

吸积盘不是均匀的“盘子”，而是分层的高速旋转结构：

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内盘（半径＜10

r_s）：温度最高（101?

k），由完全电离的氢等离子体组成，旋转速度接近光速（0.9c）；

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中盘（10-100

r_s）：温度下降到10?

k，由部分电离的等离子体和尘埃组成；

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外盘（＞100

r_s）：温度降至10?

k，由中性气体和恒星碎片组成。