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如何找到黑洞?1張圖 超強望遠鏡 像看到月球上的棒球

從愛因斯坦在1915年提出廣義相對論,並預測黑洞存在的可能起,我們印象中的「黑洞」畫面,都是電影或小說所虛擬,但科學家10日公布了經全球科學家團隊觀察的黑洞照片,證實它確是個又深又密的宇宙黑色無底深淵,即使連光都無所遁逃。

透過全球不同地點的天文望遠鏡觀測與模擬後,參與的科學家對黑洞如此呈現,皆表示如預期,沒有意外;這項計畫主持人杜勒曼(Shep Doeleman)在華府的發表會上,被問到終於得到史上首次黑洞影像的感受時愣了一下後才說,團隊成員終於能鬆了口氣,他形容這個影像「如此真實」,「像個戒指一樣」。

●黑洞如高速旋轉吸盤 吞噬周邊物質

台灣國立自然科學博物館長孫維新表示,這是全球頂尖科學家焚膏繼晷、日以繼夜努力來的成果,也是天文史上的里程碑,但多數民眾恐怕難有相同感動,「以為會看到一張非常驚人的照片,結果卻像是照相機失焦。」

孫維新解釋,這次觀測星系M87中心的黑洞,以極大的速率與量在吞噬物質;他形容,黑洞像是一個高速旋轉的盤子,周邊物質被它吸引、高速旋轉,產生高溫高熱與極大亮光;一些掉不進黑洞的物質,則被噴射出來,形成長達數十萬光年的噴流。

孫維新說,科學家早在幾十年前,就以理論判定M87中心是一個黑洞。但關鍵在於,這黑洞大小非常非常小,範圍只有120個天文單位,也就是太陽到海王星距離的4倍;從地球看M87中心的黑洞,「就像是從地球上看月亮上的一顆棒球」。

他說,以前的望遠鏡解析度不夠,導致觀測結果受到周邊極大的光源干擾,「照出來,只能看到一片光。」

●人類望遠鏡達新層次 實證科學家理論

「現在,我們終於看到那顆黑球(黑洞)。」孫維新表示,這顯示人類的望遠鏡技術到達新層次,大幅提高解析度、靈敏度;如今黑洞影像出現在世人眼前,也是實證了科學家過去所提出的理論無誤。

黑洞本身是「黑」的,實際上看不到;但因為大黑洞在中間,光線會轉彎,造成左側比右側更亮,中間黑色部分是黑洞的「陰影」,形成黑洞的邊界,此一陰影稱為「事件視界(event horizon)」;透過拍攝事件視界,可以間接證實,證明黑洞的存在,「事件視界望遠鏡(event horizon telescope,簡稱EHT)的名稱因此而來。

但要找到一個可以拍攝黑洞影像的天文望遠鏡實際是不可能的,因為它必須要擁有如一個地球般大小的口徑,才能捕捉黑洞影像。

要製造「口徑如一個地球大的望遠鏡」聽來不可思議,EHT研究團隊想出一個辦法,他們集合散布世界各地的頂尖望遠鏡,這些望遠鏡運用超長基線干涉技術,同時觀測黑洞的某個方位,再將觀測到的數據拼湊起來,其效果等同一個「口徑如一個地球大的望遠鏡」,便可完成黑洞的照片。此類超強望遠鏡,便被稱為「事件視界望遠鏡」。

參與此項計畫的台灣中央研究院表示,「事件視界望遠鏡」影像解析能力比全世界最強的光學望遠鏡還高1000倍,相當於從地球上清楚的看到月球上的一顆棒球。還有研究員形容,就像站在美國東岸看到美國西岸的一枚硬幣,還能讀出硬幣正面所寫的製造年份;或是身在紐約,看見洛杉磯一個高爾夫球上的凹洞。

EHT計畫共有全球200多名研究人員參與,10日公布第一波黑洞影像成果。這些影像數據早在兩年前便拍到,卻須經過兩年處理,才能完成令人屏息的黑洞影像。

人類首次親眼目睹黑洞影像。(路透) 人類首次親眼目睹黑洞影像。(路透)
M87星系全貌(大圖),左下角為星系中心。(NASA) M87星系全貌(大圖),左下角為星系中心。(NASA)



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