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影╱首次同時拍到黑洞吸積流和噴流 中研院研究登國際期刊

格陵蘭望遠鏡與極光。圖片來源/松下聰樹、中研院天文所
格陵蘭望遠鏡與極光。圖片來源/松下聰樹、中研院天文所

隨著科學研究規模及難度提升,跨國合作已成天文觀測研究趨勢。中央研究院天文及天文物理研究所與數個國際研究團隊合作,使用新的毫米波段觀測成功獲得影像,首度同時拍攝到M87黑洞吸積流和強大噴流,證實星系中心超大質量黑洞附近的吸積流與噴流起源間的聯繫,研究成果4月發表在國際頂尖期刊《自然(Nature)》。台灣參與成員還包括國立台灣師範大學、國立中山大學及國家中山科學研究院。

為了觀測黑洞,全球電波望遠鏡成立兩個國際合作計畫,由分布各地的望遠鏡連線,構成和地球一樣大的虛擬望遠鏡,包括「事件視界望遠鏡 」(Event Horizon Telescope,簡稱EHT)及「全球毫米波特長基線陣列」(Global mm-VLBI Array,簡稱GMVA),分別以不同的波長頻段觀測。EHT用1.3毫米波長觀測取得黑洞的陰影影像,而GMVA則使用3.5毫米波長觀測,重點在於捕捉黑洞附近的吸積和噴流性質。其中EHT已於2019年及2022年公布人類史上第一張及第二張黑洞影像照片。

此次黑洞吸積流及噴流成像則是2018年阿塔卡瑪大型毫米及次毫米波陣列望遠鏡(ALMA)與格陵蘭望遠鏡(GLT)加入GMVA全球連線觀測的成果。由於加入這二座望遠鏡,使得跨洲望遠鏡連線分辨率和靈敏度提高,首度能在3.5毫米波長下對M87星系中心的環狀結構成像,強化了GMVA計畫的成像能力。

中研院天文所副研究員暨論文通訊作者淺田圭一表示,與EHT的結果相比,此次的成果有足夠的角分辨率,能解析出核心周圍更厚更大的環,這與M87超大質量黑洞周圍的吸積流有關。

GMVA測得的環直徑為64微角秒,相當於太空人在月球上回望地球時看到的自拍環形補光燈的大小(約13公分),比EHT用1.3毫米波長觀測到的直徑大50%,與該區域的相對論性電漿輻射相符。

中研院天文所研究員、GLT計畫主持人松下聰樹強調,這是將望遠鏡搬到格陵蘭並在那裡重新組裝後的第一個科研成果。中研院天文所研究員陳明堂也表示,改造望遠鏡適應極端寒冷的天氣、並搬到格陵蘭島重新組裝,是一個巨大挑戰,「我們為台灣的科學、技術和經驗感到非常自豪。」

中德馬普伙伴小組組長、現任中國科學院上海天文台研究員路如森(Ru-Sen Lu)表示,以前我們在不同的影像中分別看到黑洞和噴流,但現在用新的觀測波長拍攝到了黑洞及其噴流的全景照片。」周圍的物質被認為在吸積過程中落入黑洞,但之前沒有辦法直接對它成像。

日本國立天文台助理教授秦和弘表示,此次的研究發現,靠近黑洞的內部區域發出的輻射比我們預期的要寬;這可能意味著不僅有氣體落入其中,也有風吹出來,導致黑洞周圍出現紊流和混沌。

M87噴流和黑洞陰影在毫米波段的VLBI影像,由加入了ALMA和格陵蘭望遠鏡的GMVA取得。圖片來源/Lu, Asada, 中研院天文所提供
M87噴流和黑洞陰影在毫米波段的VLBI影像,由加入了ALMA和格陵蘭望遠鏡的GMVA取得。圖片來源/Lu, Asada, 中研院天文所提供

中研院 格陵蘭 黑洞

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