M87黑洞最新影像 黑洞暗影持續存在的證明

「事件視界望遠鏡」(Event Horizon Telescope,簡稱EHT)國際合作團隊首度公布2018年4月觀測到的M87星系中心黑洞最新影像,驗證黑洞光環與2017年所觀測的大小相同,符合廣義相對論的預測,而環的最亮處位置明顯偏轉,與理論預測黑洞周圍紊流的變異性一致。上述是由臺灣主導的「格陵蘭望遠鏡」(Greenland Telescope,簡稱 GLT)加入EHT後,對此天體進行再次觀測的研究成果,已於本(1)月18日發表在國際期刊《天文與天文物理》(Astronomy & Astrophysics)。

中研院天文所副研究員淺田圭一表示,任何科學重大發現的基本要求,是要能重現關鍵的結果。EHT團隊於2017年拍攝到M87星系超大質量黑洞,並於2019年發表人類史上首張黑洞影像。影像顯示,距離地球5,500萬光年的M87黑洞周圍有一個亮環,其中環的底部比較亮。後續分析資料更揭示了M87黑洞的偏振光結構,使團隊得以深入了解黑洞周圍的磁場幾何形狀和電漿性質。

2017年M87黑洞觀測結果被廣泛分析,為黑洞直接成像的時代開啟新頁,透過研究黑洞天文物理,在基礎科學層面上檢驗廣義相對論。從理論模型可發現,M87黑洞周圍的物質狀態在2017年和2018年間應有所變動。國立臺灣師範大學物理學系助理教授卜宏毅強調,對M87黑洞的重複觀測之重要性,從影像的差異,進一步對其周圍電漿和磁場結構進行更精確的統計研究,從廣義相對論效應中解開複雜的天文物理。

2018年的資料分析運用了8種獨立的成像和模擬技術,所觀測到的M87黑洞影像與2017年非常相似,有一個相同大小的亮環,中心區域較暗,環的一側較亮。美國加州噴射推進實驗室(Jet Propulsion Laboratory)博士後研究員約克(Nitika Yadlapalli Yurk)說明,黑洞的顯著特性之一,是其半徑僅取決於其質量。由於M87黑洞不會快速吸積物質(這會增加其質量),廣義相對論預測環的直徑應保持不變。而2017到2018年觀測影像所呈現的直徑大小穩定性,確認了廣義相對論對黑洞的預測。

雖然黑洞暗影的大小沒有改變,但環的最亮位置在2018年卻發生了顯著變化——明亮區域逆時針旋轉約30度,位於環的右下方約5點鐘位置。儘管2018年EHT尚無法觀測到黑洞噴流,但由環周圍最亮處所推測的黑洞自轉軸,與其他波段觀測到的噴流軸更一致。

中研院天文所博士後研究紀柏特(Britt Jeter)表示,過往對M87黑洞的觀測已表明暗影結構每年都有變化,但精度較低。「環周圍那些混亂的吸積盤發射光,將使環的最亮處搖擺不定;我們隨時間觀察到的光影搖擺程度,可用來測試黑洞周圍磁場和電漿環境的理論。」

格陵蘭望遠鏡是一個由臺灣主導的國際合作計畫,於2010年正式啟動,並於2018年建造完成5個月後即加入EHT計畫。中研院天文所研究員暨GLT計畫主持人松下聰樹強調,格陵蘭望遠鏡位於北緯76度的北極圈內,為世界最北端的電波望遠鏡,顯著提升了EHT陣列的影像保真度。此外,墨西哥的大型毫米波望遠鏡(Large Millimeter Telescope)也大幅提升靈敏度,首次以完整的50米口徑參與。EHT的觀測頻率約230 GHz,2017年僅有2個頻帶,2018年更升級到以4個頻帶進行觀測。【記者  鄒弘整理報導】