在對銀河系正中心的這個巨大物體的觀測下,人們終於得到了一個期待已久的圖像。以前科學家就已經觀測到,有行星環繞著一個看不見的物體運行,它位於銀河中心,質密且品質巨大。這個物體——即人馬座 A*( Sgr A* ),在今天首次被圖像直接地證明是一個黑洞。
儘管我們看不見黑洞本身,因為它是完全黑暗的,周圍還有熾熱的氣體。這種氣體展現了黑洞鮮明的特徵——它有一個黑暗的中心區域(也叫做「暗影」),被一個明亮的環形結構包圍。但是新的圖像還是捕捉到了光。光線被相當於太陽的四百萬倍的巨大引力扭曲了。
「我們被這樣的環震驚了,它完美符合愛因斯坦的廣義相對論。」事件視界望遠鏡專案的科學家 Geoffrey Bower 說,他來自臺北的天文及天體物理研究所。「這些大規模的的觀測極大地提升了我們對銀河系中心發生的事情的理解,也為我們提供了新的觀察點——這些巨型黑洞如何與周圍的環境相互作用。」因為這個黑洞距地球約27,000光年,它在天空中的大小就如看月球上的一個甜甜圈。為了製作它的圖像,整個團隊開發出了強大的事件視界望遠鏡,它連接了現有的分佈於世界各地的八個射電望遠鏡,然後組成一個「地球級」的望遠鏡。並且,在多種不同夜晚的情況下,對人馬座 A* 黑洞進行了觀察。依次收集了許多小時的資料,類似於相機的長時間曝光。
這是繼2019年,處於更遙遠的室女座 A* 星系(或梅西耶M87)中心,被稱為 M87* 的首張黑洞照片釋出後的又一次突破。
這兩個黑洞看起來是驚人的相似,儘管銀河系中心的黑洞比 M87* 小了近千倍,品質也小得多。「我們有兩個完全不同類型的星系和兩個很不一樣的黑洞物質,但是細看這些黑洞的邊緣是如此的相似。」來自荷蘭阿姆斯特丹大學的理論天體物理學教授,也是事件視界望遠鏡科學諮詢聯合主席的 Sera Markoff 說。「這告訴我們廣義相對論支配著這些物體,我們所看到的更深遠的區別是因為黑洞周圍的物質有所不同。」
儘管人馬座 A* 離我們近得多,但是這次成果的得來比起 M87* 更難。史都華天文臺和美國亞利桑那大學資料科學研究所的科學家 Chi-kwan (‘CK’) Chan 解釋道:「黑洞附近的氣體以相同的速度逃逸——幾乎和光速一樣快,室女座 A* 和 M87* 的黑洞都是如此。不過圍繞 M87* 運行幾天到幾周時間的氣體,在體量小得多的室女座 A* 中只需要短短幾分鐘。根據事件視界望遠鏡的觀察,這意味著圍繞著人馬座 A* 的氣體的明亮度和形式在迅速改變——這也有些像嘗試拍清楚一個追尾巴的小狗。」研究需要提升負責監測人馬座 A* 氣體運動的新型精密儀器。 M87* 是一個更容易和更穩定的目標,幾乎所有的成像都是一樣的,而人馬座 A* 的黑洞卻不同。所以人馬座 A* 的黑洞是由科學家團隊捕捉的不同圖像之下的平均成像,最終,第一次向人們展示了這個處於我們星系中心的巨大隱形物體。
來自全世界80個研究所的300多名研究人員,通過他們的創新能力,讓事件視界望遠鏡的合作成為可能。除了研製提升這些複雜的儀器去克服人馬座 A* 黑洞成像的困難,在這五年裡,科學家們還積極地使用超級電腦組合和分析資料,編匯了一個前所未有的模擬黑洞的文庫,用來對比觀察。得到了兩個不同尺度的黑洞圖像,可以用來對比和比較,這讓科學家們感到非常的興奮。他們還開始使用新的資料測試理論和模型,這些理論和模型是關於超大品質黑洞周圍的氣體如何發生作用的。雖然人們還沒有完全理解這個過程,但是它被認為是在星系的形態塑造和進化中發揮了關鍵作用。
事件視界望遠鏡的升級還在繼續:在2022年3月的主要觀察活動包括了比以前都要多的望遠鏡。合作的網路還在延伸,重要的科技升級會讓科學家們得到更多人印象深刻的圖像,以及不久的將來,關於黑洞的影片。
[2]About | Event Horizon Telescope
[3]再揭黑洞之謎!中研院參與EHT國際合作計畫 公布銀河系中心黑洞首張影像 (sinica.edu.tw)
[4]天文学家公布我们银河系中心黑洞的首张照片 — 中国科学院上海天文台 (cas.cn)
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