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M87黑洞最新影像曝！台主導「格陵蘭望遠鏡」　證明黑洞持續存在

2024/01/19

國內國外

「事件視界望遠鏡」（Event Horizon Telescope，簡稱EHT）國際合作團隊，在台灣主導的「格陵蘭望遠鏡」（Greenland Telescope，簡稱GLT）的助攻下，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，確認了廣義相對論的預測，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，令天文學界相當振奮，相關研究於昨（18）日發表在國際期刊《天文與天文物理》。

「格陵蘭望遠鏡」是由台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「事件視界望遠鏡」計畫，我國團隊成員包括中央研究院天文及天文物理研究所、台灣師範大學與中山大學。

中研院天文所副研究員淺田圭一表示，這次「格陵蘭望遠鏡」參與「事件視界望遠鏡」觀測，以全新的資料證實M87黑洞周圍的光環，是這項國際合作計畫的重要里程碑。

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5500萬光年的M87黑洞周圍有一個亮環，其中環底部比較亮。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。

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。

新黑洞影像同樣是我們熟悉的明亮戒指環，圍繞著廣義相對論預測的「黑洞陰影」，令人興奮的是與 2017 年照片相比，環的亮度峰值以逆時針方向移動約 30 度，來到 5 點鐘位置，代表黑洞周圍湍流物質的變化與理論預測一致。

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，相當令人興奮。

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。」

中研院天文所研究員陳明堂表示，這篇論文是台灣對基礎科學研究做出的獨特貢獻，而格陵蘭望遠鏡未來將以更高頻率進行觀測，帶領科學家們揭示黑洞暗影中最難以捉摸的光子環，為黑洞天文物理取得突破性成就。

黑洞的定義
光線是宇宙中跑得最快的東西。對於質量為M，半徑為r 的天體，當脫離速度等於光速Vesc =C，那麼r =RSch =2GM/C2。RSch稱為「史瓦茲半徑」，在此範圍內連光線都無法逃脫，我們從外面因此看不到裡面的任何東西，就是俗稱的「黑洞」。以史瓦茲半徑定義的球面，稱為「事件視界」（event horizon），我們無法得知視界內的情形。

事件視界望遠鏡

事件視界望遠鏡鏡（Event Horizon Telescope，EHT）以獲取黑洞影像為首要目標建立。
本次成果是在2017年由 8 座散落各地的電波望遠鏡所組成，由於橫跨地球各處，它們形成了與地球一樣大的虛擬陣列式望遠鏡，形成前所未有的解析力。

台灣扮演的關鍵角色

「8 座望遠鏡中，有 3 座是由中研院支援運轉（SMA、ALMA 及 JCMT），臺灣因此活躍於 EHT 合作之中。在本次突破性發現中臺灣扮演關鍵的角色，為首次觀測成像的四個團隊之一。」

延伸閱讀：《史上首張直接觀測到的黑洞影像First Direct Image of a Black Hole》

國立中央大學和余紀忠文教基金會聯合主辦的「余紀忠講座」，2022年邀請中央研究院賀曾樸院士主講〈史上首張直接觀測到的黑洞影像〉（First Direct Image of a Black Hole）。賀院士曾任中央研究院天文所籌備處主任及所長，協助該院參與世界幾個大型且重要的望遠鏡計畫，目前擔任東亞天文臺臺長。