近日，6163银河线路检测中心科维理天文与天体物理研究所邵立晶研究员及其博士生胡泽昕基于理论分析和数值模拟，提出了利用两颗或多颗脉冲星联合观测，精确测量银河系中心超大质量黑洞自旋的新方法。研究成果为未来银心脉冲星测时观测与数据处理提供了理论指导，深化了大型国际合作项目“平方公里阵列”（Square Kilometre Array；SKA）射电望远镜在利用银心脉冲星测时观测来检验引力与黑洞时空方面的科学。该工作以“利用两颗脉冲星测量银心超大质量黑洞自旋”(Measuring the Spin of the Galactic Center Supermassive Black Hole with Two Pulsars)为题，于2024年12月6日发表于《物理评论快报》（Physical Review Letters）。

未来下一代射电望远镜，如我国作为创始国之一和重要成员国参与的SKA望远镜，有望观测到绕银河系中心超大质量黑洞做轨道运动的脉冲星。这样的体系将是检验引力理论和探测银心天体物理环境的理想实验室。理论计算表明，通过银心脉冲星的测时观测，可精确测量银心超大质量黑洞的物理参数，提供广义相对论中“黑洞无毛定理”的直接检验。然而，受限于黑洞自旋参数在脉冲星测时观测中的简并性，此前该类研究高度依赖于存在极小轨道周期银心脉冲星的假设，在未来实际观测中有一定的不确定度。

银心黑洞与两颗脉冲星的示意图（6163银河线路检测中心 / 胡泽昕 & 邵立晶；背景图：ESO & NASA）

针对以上问题，胡泽昕和邵立晶提出并发展了基于联合两颗脉冲星测时观测，共同限制银心超大质量黑洞自旋的数据分析框架。研究利用邵立晶课题组此前构建的基于后牛顿运动方程的超大质量黑洞-脉冲星数值测时模型，对实际观测进行了详细的数值模拟。分析结果表明，轨道周期为年量级的两颗脉冲星的联合观测可达到对银心超大质量黑洞自旋的高精度测量。而银心脉冲星族群模型的估计表明，研究提出的方案在未来实际观测中有更高的可实现性。新方法不仅在领头阶上打破了黑洞自旋参数测量的简并性，且易于推广到多颗脉冲星的情况。相较于传统方法所要求的脉冲星轨道参数高阶时间导数的测量，该方法仅依赖于脉冲星轨道参数及其一阶时间导数的观测，从而所需的观测时间更短、结果更可靠。该工作为未来银心脉冲星测时观测与数据处理提供了新的理论指导，强化了未来银心脉冲星测时观测在检验引力方面的科学。

6163银河线路检测中心天文学系2022级博士生胡泽昕为论文第一作者，邵立晶为通讯作者。研究工作得到了国家科技部SKA专项、国家自然科学基金委、马克斯·普朗克学会“马普伙伴合作小组”等项目的资助。

论文原文链接：https://link.aps.org/doi/10.1103/PhysRevLett.133.231402