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May. 15 2022

揭開銀河系中心黑洞神祕面紗

  • 銀河系中心超大質量黑洞人馬座A星的第一張照片。

    銀河系中心超大質量黑洞人馬座A星的第一張照片。

  • 夏季銀河。

    夏季銀河。

  • 黑洞理論模式模擬(圖片來源:中研院記者會影像)。

    黑洞理論模式模擬(圖片來源:中研院記者會影像)。

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中央研究院天文及天文物理研究所參與「事件視界望遠鏡(Event Horizon Telescope, EHT)」國際合作計畫,觀測銀河系中心超大質量黑洞研究成效卓越,於5月12日晚間舉辦全球同步記者會,公布銀河系中心超大質量黑洞的第一張影像,亦成為銀河系中心黑洞存在的「第一個直接觀測證據」。

銀河系中心超大質量黑洞人馬座A星的第一張照片。

銀河系中心超大質量黑洞人馬座A星的第一張照片。

事件視界望遠鏡科學團隊(EHT),曾在2019年拍攝了第一張位於室女座M87星系中心的超大質量黑洞剪影,震驚全世界。事隔三年,又公告這「開創性」的訊息,其內容就是科學家們追蹤多年的銀河系中心區域,那個看不見的超大質量緻密天體,名為人馬座A星(簡寫為Sgr A*)。Sgr A*黑洞與 M87星系中心黑洞圖像擁有相同的環狀結構和剪影。黑洞強大的重力,導致事件視界外,光子的運動軌跡形成彎曲狀態,這兩個黑洞的明亮光環形狀與大小,其結果亦驗證廣義相對論預測。本突破性發現有助於進一步理解銀河系中心,以及此巨大黑洞如何與周圍環境相互作用。

 

夏季銀河。

夏季銀河。

先來比較這兩黑洞的差異,位於M87星系中心的黑洞質量約為太陽的65億倍,距離地球約為5500萬光年;而位於銀河系中心的黑洞質量約為太陽的430萬倍,距離地球約為2.5萬光年,兩者質量相差約1500倍,距離差了2000倍。而針對觀測難度而言,銀河系中心的黑洞離地球較近,其在天空中的張角比較大,但受銀河系盤面大量星系介質的影響,其觀測難度將大大提升。並且在黑洞周圍,物質環繞的時間尺度較大的黑洞所花時間較長,相對之下Sgr A*黑洞周圍物質環繞速度較快,事件視界望遠鏡科學團隊利用特長基線干涉技術(VLBI)觀測,對Sgr A*黑洞來說就太慢了。
 

中央研究院天文及天文物理研究所研究員陳明堂表示,本次公布的黑洞影像由全球8座望遠鏡共同完成,中研院負責運轉或參與建造的望遠鏡就有3座:「次毫米波陣列望遠鏡(SMA)」、「馬克斯威次毫米波望遠鏡(JCMT)」,及「阿塔卡瑪大型毫米及次毫米波陣列(ALMA)」,皆成為解開本世紀科學之謎的重要工具。事件視界望遠鏡科學團隊(EHT),克服了上述觀測上的困難,成功解開銀河系中心黑洞的面紗。
 

另外,事件視界望遠鏡科學團隊(EHT)在黑洞理論數值模擬,利用相對論性磁流體力學(General Relativistic Magnetohydrodynamics),成功模擬出黑洞周圍強重力場、磁場與流體的環境。研究團隊透過理論數值模擬,產出180萬張黑洞影像,及130萬個黑洞系統光譜,並利用Sgr A*黑洞11項觀測結果當篩選條件,過濾出可能的黑洞與其周圍環境的特色,並模擬出其觀測結果。
 

黑洞理論模式模擬(圖片來源:中研院記者會影像)。

黑洞理論模式模擬(圖片來源:中研院記者會影像)。

本次EHT黑洞影像觀測成果,集結全球上百個研究機構、超過300名研究人員共同參與。論文亦已於今年5月12日刊登在《天文物理期刊通訊》(The Astrophysical Journal)。(編輯 林琦峯)

 

資料來源:中研院

本文轉載自臺北市立天文科學教育館網站。

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