【科技讯】黑洞周围有一圈浓密呈盘状的热气体正在旋转，盘中心发出白热的光，盘缘因受到黑暗背景烘托而可看得见。从右上方一直朝左下方延展，一缕缕青绿色的物体是快掉入黑洞的物质在顺著磁场引导下所形成的喷流。以虚线标记的范围是最内圈稳定圆型轨道，这是物质以轨道绕著黑洞转的最近距离，再更靠近而超过此距离的话，则物质轨道开始呈现不稳定，然后掉入黑洞中。
由包括中研院天文所的贺曾朴院士以及井上允特聘研究员所组成的国际研究团队，首次观察到了位于星系M87中心巨大黑洞附近所发出的高速喷流之源头，并将这项重要的观测结果于2012年9月27日发表于Science期刊。这项研究工作除了让人类更逼近黑洞边缘那受到黑洞重力扭曲的时空当中外，也提供了M87中心的巨大黑洞正在以高速旋转的证据。在未来的几年内，当中研院天文所与美国史密松天文台共同建造的格陵兰望远镜加入观测的行列后，人类将能够直接拍摄M87中心黑洞的事件视界，揭开黑洞的神秘面纱。
M87是距离地球约五千万光年的一个椭圆星系。在这个星系的中心有著一个比太阳质量大60亿倍的巨大黑洞。此外，M87还拥有一条从星系中心延伸至外太空，长度约5,000光年的高速喷流。这条喷流是由运动速度接近光速的游离气体所组成。理论天文物理学家认为，高速喷流的形成是由于黑洞周围的磁场把一部份快被吸进黑洞的物质以极高的速度向外拋出所造成。
虽然天文学家们已观察M87的高速喷流数十年，但由于望远镜的解析度不足，星系中心所发出的高速喷流的来源却迟迟无法观察到。在此同时，天文物理学家关于高速喷流之来源的理论也仍无法被实际观测所印证。然而，最近由美国、台湾、日本、德国与加拿大的天文学家所组成的国际研究团队在提高望远镜的解析度上有了明显的突破。透过特长基线干涉技术，天文学家们以连结位于美国加州、亚历桑那州与夏威夷三地的电波望远镜的方式，模拟出一个相当于半个地球大小的望远镜。参与这次研究的井上允博士表示：这种虚拟电波望远镜的解析度高达能将放在月球表面上的一只兔子的头看得清清楚楚，也正由于这样的高解析度使得天文学家们第一次观察到黑洞喷流的最底部。
一般黑洞的半径大小称之为史瓦西半径。任何物体，甚至是运动速度最快的光，只要进入到史瓦西半径的范围之内，都会被黑洞吸进去而无法逃脱。这个连光也无法逃脱的区域称之为黑洞的事件视界。根据目前的黑动喷流理论，喷流的产生区域大约是在距离黑洞中心数个史瓦西半径的范围之内，但确切的位置会随著黑洞旋转的快慢与黑洞周围的气体被吸进黑洞的方向而改变。本院天文所所长贺曾朴院士表示：这次的观测发现，M87的高速喷流是在距离黑洞不超过5.5个史瓦西半径的范围内所发出来的。此外，在观测与理论比对之后，天文学家们推测M87中心的这个几乎跟太阳系一样大的巨大黑洞并不是静止不动，而是正在以只比光速小几倍的速度旋转的。
位于巨椭圆星系M87中心有一个质量达太阳70亿倍的黑洞会喷出超相对论性喷流。由于喷发模式时有不同，本图透过模拟，将三种不同喷流模式所各自对应的事件视界图像也加以一一解析。三张图像所显示的是不同的黑洞自旋以及不同喷流起始位置所对应的喷流模型。请注意位于这个模拟影像的中心，有一个黑洞所投下的阴影-它的大小，与最近在毫米波波段的特长基线干涉仪的观测所推测出的阴影大小，大致相等。
虽然天文学家们在提高电波望远镜的解析度上有了突破，并因此观察到了星系M87黑洞喷流的底部，但目前的解析度仍不足以能够直接拍摄M87中心巨大黑洞的事件视界的影像。目前中研院天文所正準备在北极圈内的格陵兰岛的顶峰上建造一座直径十二米宽的格陵兰望远镜，并预计在2015年年底开始运作。贺曾朴所长表示：格陵兰望远镜将与位于美国、欧洲与智利的几个电波望远镜作连线，并模拟出一个相当于地球一样大的望远镜。这样的一个虚拟望远镜将能够提供足以直接拍摄黑洞事件视界的影像的解析度。若我们能成功地拍摄到M87中心黑洞的影像，这不但会提供黑洞存在的最直接证据，它同时也会透露出许多黑洞的物理讯息，并将能够对爱因斯坦的广义相对论作出一个相当严格的测试。无论如何，黑洞事件视界影像的拍摄将成为科学史上的一个里程碑。
联系客服
