人馬座A星黑洞難拍花5年 像在拍追自己尾巴跑的小狗

EHT團隊今晚公布的銀河系中心超大質量黑洞人馬座A星。圖/EHT團隊提供
EHT團隊今晚公布的銀河系中心超大質量黑洞人馬座A星。圖/EHT團隊提供

EHT團隊今晚公布的銀河系中心超大質量黑洞人馬座A星,因距離地球更近、質量更小,銀河系中心氣體擾動迅速,讓人馬座A星的觀測難度遠比2019年公布的M87黑洞高出許多,EHT團隊經多次模擬、調校,費時5年才得以成像,世人才得以真正看見這個「潛伏在銀河系中心的巨獸」。

中研院天文及天文物理研究所博士郭駿毅表示,這次人馬座A星影像是全球第2張黑洞照片,其影像跟M87星系黑洞一樣,有相似的甜甜圈狀或環狀影像,顯示「環狀是黑洞的特徵。」

中研院指出,相較於距離地球5500萬光年的M87星系黑洞,質量約為太陽的65億倍,人馬座A星雖然離地球較近,約2萬7000光年,質量約為太陽的400萬倍,但遠比觀測M87更加困難。

美國史都華天文台暨亞歷桑那大學天文系及資科所的EHT科學家陳志均(Chi-kwan Chan)指出,兩個黑洞附近的氣體均以近乎光速在移動,但由於人馬座A星比M87黑洞小了2000倍,氣體在比較大的M87黑洞軌道上繞一圈,需要數天甚至數周;但在小得多的人馬座A星軌道上,僅需短短數分鐘,「像在拍一隻追著自己尾巴跑的小狗」,很難取得清晰的照片。

中研院天文所紀柏特(Britton Jeter)博士則比喻,「拍攝人馬座A星的過程,就像將一部電影總結為一張影像!」這些蒐集到的龐大觀測訊號,必須透過世界各地的超級電腦運算,包含美國、加拿大、歐洲及台灣,打造一個前所未有的黑洞模擬資料庫,與觀測結果作比對。最後透過多次模擬、調校,費時5年才得以成像,讓世人真正看到這個「潛伏在銀河系中心的巨獸」。

台師大助理教授卜宏毅指出,以觀測一天來說,黑洞周圍物質已繞行銀河系中心黑洞多次,動態環境對觀測分析會造成相當大挑戰。之外,從地球觀測銀河系中心人馬座A星時,會穿過銀河系盤面,當中有大量氣體團塊,也會對影像造成干擾,是克服重重困難才得到的黑洞影像。

除了數據分析外,卜宏毅說,EHT團隊考慮銀河系中心黑洞本身可能具有的特徵,以及黑洞環境的特性,利用相對論性磁流體力學的數值模擬來模擬重力、磁場、流體所共同造成可能的黑洞周圍環境,再根據數值模擬資料庫,進一步假設可能的輻射形狀,總共取人馬座A星的11項觀測結果當作篩選條件,淘汰一些模型,最後留下的是最有可能用來描述觀測的模型。

卜宏毅表示,這次成果再度驗證了廣義相對論在強重力場中的預測,更提供人類對宇宙中自身家園黑洞巨獸的重要了解。

至於EHT團隊的下一步?卜宏毅表示,團隊正在分析2018年與2021年的觀測資料,有賴格陵蘭望遠鏡與另外兩座望遠鏡的加入,提高對天空天體的角解析度,將能更清楚看見M87與人馬座A星的黑洞影像,未來也能以更高頻率,觀測到更多在天空中看起來更小的黑洞影像。

黑洞 中研院

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