无毛定理在 M87$^\ast$ 中的应用

最近，一项达到后一阶后牛顿阶的微扰计算表明，解析得出的、绕大质量旋转主天体做圆周运动的检验粒子的轨道角动量的 Lense-Thirring 进动，能够解释巨型椭圆星系 M87 中心超大质量黑洞的喷流进动的测量特征。本文表明，由无毛定理给出的黑洞质量四极矩 $Q_2$ 也具有不可忽略的动力学效应，而迄今为止的文献都忽略了这一点。通过将 Lense-Thirring 效应和四极矩效应同时纳入模拟吸积盘的有效检验粒子的动力学中，我们得到了黑洞无量纲自旋参数 $a^\ast$ 和吸积盘（假设与喷流紧密耦合）有效半径 $r_0$ 的新允许区域。结果表明，通过数值积分得到的表征轨道角动量方向的角 $\eta$ 和 $\phi$ 变化率的平均方程，取 $a^\ast = +0.98$ 和 $r_0=14.1$ 引力半径，可以在定量和定性上重现近期通过甚长基线干涉测量技术测得的它们的时间序列。相反，取 $a^\ast = -0.95$ 和 $r_0=16$ 引力半径产生的时间序列，虽然保持相同的振幅，但与观测确定的时间序列存在相位差。