銀河系的中心是什麼?中研院「事件視界望遠鏡國合計畫」揭秘銀河最大黑洞!

人馬座 A 的實際大小約為 6 千萬公里,該距離相當於太陽到水星軌道的距離。從地球觀測光環的大小,約為 50 微角秒。這相當於從地球觀看放在月球表面的一個甜甜圈的大小!
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截圖 2022-05-12 下午9.58.01.png
Photo credit: EHT Collaboration
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銀河系的中心「人馬座 A 星( Sgr A* )」就是黑洞。

中央研究院今天( 12 日)與 6 處舉行同步記者會,宣布「事件視界望遠鏡( EHT,Event Horizon Telescope )國際合作計畫」捕捉到銀河系中心的黑洞影像。這也是繼 2019 年該計畫首次公布 M87 星系中心的黑洞影像後,第二次重大發表。

人馬座 A 的實際大小約為 6 千萬公里,該距離相當於太陽到水星軌道的距離。從地球觀測光環的大小,約為 50 微角秒。這相當於從地球觀看放在月球表面的一個甜甜圈的大小!

2020 年諾貝爾物理學獎得主根策爾( Reinhard Genzel )、吉茲( Andrea Ghez )長期追蹤研究銀河系中心恆星「 S2 」軌道運動,間接證實人馬座 A 星就是一個超大質量黑洞,因而獲獎。而 2017 年諾貝爾物理學獎所表彰的「重力波( gravitational waves )」觀測研究,也是研究黑洞的重要方式之一。

EHT 所使用的第三種黑洞方式,則是透過電波望遠鏡「拍攝」黑洞影像,提供人類「視覺可見」的黑洞證據。

事件視界望遠鏡計畫,透過全球共 8 座電波望遠鏡連線,形成一個相當於地球規模的陣列型望遠鏡,再將收集到的龐大觀測訊號,透過包含美國、加拿大、歐洲及臺灣等各地的超級電腦運算。

本次觀測的銀河系中心「人馬座 A 」黑洞,雖然距離地球更近,比前回 M87 中心的黑洞接近約 2000 倍,但大小也遠比 M87 黑洞小了約 2000 倍。因此在地球上觀測時的大小相近。然而,質量越小的黑洞、氣體在軌道上繞行的速度越快。氣體在比較大的 M87 黑洞軌道上繞一圈,需要數天甚至數週;但在小得多的人馬座 A 軌道上,僅需短短數分鐘。

無論是黑洞周圍物質環繞速度、以及地球到銀心之間有許多氣體團塊干擾,本次的成像都比前回難度更高。 EHT 團隊考慮銀河中心黑洞的特徵、以及黑洞環境的特性,利用相對論性磁流體力學( General Relativistic Magnetohydrodynamics )數值模擬,並從大量觀測結果中過濾出黑洞環境的特性,並加以校正。換言之,就像數位相機或手機使用光學防手震系統( OIS )、及影像處理系統,針對高速移動物體、或是長曝光照片的補正手法校正影像ーー只不過 EHT 的感光系統不會運動而已。

EHT 團隊表示,本次的研究成果,為「銀河系中心有一個超大質量黑洞」一說提供最直接的影像證據,也再次驗證了廣義相對論在強重力場中的預測。「相較於 2020 年諾貝爾物理學獎獲獎團隊對銀河系中心存在緻密天體的觀測證據,EHT 團隊提供了尺度上小了一千倍的觀測結果」。

中研院廖俊智院長也肯定,本次的研究成果記者會,「再次見證台灣在全世界重要的科學發現當中,持續的佔有一席之地」。團隊未來也將在格陵蘭望遠鏡等生力軍的加入下,追求更清晰的黑洞影像、與更高頻率(可鎖定更小黑洞)的觀測。

核稿編輯:Mia

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