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天文大突破 人类史上第一次观测到黑洞

中研院天文及天文物理所参与事件视界望远镜国际合作计划,10日全球同步公布史上第一张M87黑洞及黑洞阴影的影像。(中研院天文所提供)

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【大纪元2019年04月10日讯】(大纪元记者徐翠玲台北报导)中研院天文及天文物理所参与“事件视界望远镜”(Event Horizon Telescope)国际合作计划,10日与国际研究团队同步举行全球记者会,公布史上第一张黑洞及黑洞阴影的影像,首度成功揭露超大质量黑洞及其阴影的直接视觉证据。中研院天文及天文物理所表示,这是人类史上第一次,确定观测到黑洞及其暗影。

中研院天文所副研究员浅田圭一指出,M87黑洞观测带来三大突破,包括真正揭开活跃星系中超大质量黑洞的神秘面纱、提供了在探索极限条件下,重力理论的新工具,以及开拓新的黑洞天文物理研究领域。

浅田圭一表示,研究团队选择M87星系中心做观测。M87是活跃星系,距离地球5,500万光年,从过去观测已经知道M87有个超大质量黑洞,其质量大概是30亿个太阳质量(太阳质量的65亿倍),以过去的科技观测,看起来是一团模糊,因此,EHT创造地球大小的阵列望远镜,以便解析M87星系中央黑洞的细节。

浅田圭一解释,所有光线都不能逃出黑洞,所以没办法直接观测黑洞,而是以黑洞附近暗影阴暗部位做观测。当光线靠近黑洞附近,因为黑洞的强大重力,光线会被弯曲,当到一个特定尺度时,光线就会掉到黑洞里面形成暗影区域,暗影区域是黑洞实际事件的2.5倍大。

史上首度观测到黑洞影像

EHT2017年使用8座望远镜阵列观测M87黑洞,其中3座由中研院天文所操作。浅田圭一指出,在观测结束后一年,经过冗长复杂运算,终于获得M87黑洞影像,这影像包含两重要细节,结构看起来像新月状的环,以及影像中间是黑暗的。量测到的影像大小是42个微角秒,跟用电脑模拟超大质量黑洞的预测相符合。在7天观测期间,每天都得到一致性影像,研究团队确定观测到黑洞及其暗影,且是人类史上第一次。

浅田圭一说,为了计算M87黑洞影像,共有4个独立团队使用3种不同方式计算,4个团队得到的影像都是一致的,2018年6月结果已呈现在世人面前。中研院天文所小山博士所带领的成像小组,在2018年会议之后曾看到黑洞影像,但当时资料是机密的,中研院天文所成员是人类中,第一批看到黑洞的人之一。

黑洞会自旋 光环底部亮上部暗

M87黑洞结构部分,中研院天文所副研究员中村雅德分析指出,太阳系大小约40个AU(天文单位,指太阳到地球的平均距离 ), M87星系中黑洞事件视界大小是太阳大小的3倍,约120个AU。但实际观测到的暗影与它的发光圆环是事件视界的2.5倍,大约300个AU。

中村雅德表示,从电脑模拟图,可看到黑洞中间暗影部分被外围光环、吸积盘与喷流围绕。当视角改变时,暗影的形状也会跟着改变。研究团队尝试各种不同模型,包括实际观测图像、电脑理论模拟图像、EHT观测电脑模拟图象结果,都得到非常近似的影像,代表在黑洞强大重力场之下,影像只有受黑洞的性质影响。

“黑洞有两重要性质,除了质量,还有自旋。”中村雅德说,不论黑洞附近气体是如何环绕着黑洞,但最靠近黑洞的气体一定会跟着黑洞旋转方向旋转,从实际观测影像看到M87黑洞的光环有不对称的亮度变化,光环底部是亮的(向观察者接近),上面是暗的(远离观察者),显示围绕在黑洞附近的气体,以非常快的速度运动,且黑洞是绕着顺时钟方向旋转,这次观测结果强烈支持在M87星系中心有个旋转的超大质量黑洞。

格陵兰望远镜移山上 解析度高10倍

关于未来计划,浅田圭一表示,2017年观测结果确定得到M87黑洞影像,开启黑洞物理新页,其中长基线观测对检验广义相对论比较关键,占有重要角色。在图像中看到非对称结构,代表南北方向值得探讨,过去2年完成格陵兰望远镜的建置,格陵兰望远镜2018年4月正式加入EHT观测,格陵兰望远镜提供最长的南北向基线及南北方向资讯。2020年格陵兰望远镜会再加入下一次EHT观测,并且加入其他两个新的望远镜。

浅田圭一说,2020年计划展开格陵兰望远镜第二期计划,为了得到更高的解析度,必须使用更短的波长。目前观测波长是1.3毫米,但未来希望能缩短到0.8甚至0.4毫米,对短波观测而言,望远镜位置非常重要,必须选择干又高、又冷的地方,目前格陵兰望远镜座落在海平面位置,未来希望能将格陵兰望远镜移置山上,如此可达到比以往高10倍的解析度。◇

责任编辑:芸清

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