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現實中只是個小職員的軍武 / 科普愛好者
5月12日晚香港時間21:00, EHT (事件視界望遠鏡)團隊公開了銀河系中央人馬座A*超大質量黑洞的光學圖像,這次觀測結果的發表,不但代表 EHT 團隊的初期觀測目標(兩個巨大黑洞)計劃正式完成,同時也代表人類首次成功觀測離地球最近的超級黑洞的外貌,天文物理學上的意義可說非凡。
這幅圖其實和之前M87*(M87中央黑洞)的構形還是比較相似,都是中央黑色區域周圍有明亮光環。明亮光環中有部分是面向地球方向的環形吸積盤,其他的則是黑洞後面吸積盤的光在黑洞邊緣附近被扭曲而射向地環方向的光影。不過半人馬座A*黑洞吸積盤相對於太陽系軌道平面的傾角「似乎」比較大,可能達40度且「極區」斜向著地球,其實可想像成以下影像的土星。
現有影像和一直以來的推算數據相當接近,中心的黑暗區大約也就2000多萬公里直徑,吸積盤直徑大約6300萬公里。人馬座A*和之前M87*的影像構形其實差不多,但不談距離了,似乎M87*吸積盤與黑洞的比例也更大,這更多是因為M87*到「現時」仍有大量物質可吸且維持噴射物質,半人馬座A*的物質相對不足,而且吸積盤中的氣體幾分鏡內就可完成公轉,晃動似乎也更頻密,成像困難,這也是原本2017年已連續觀測並集合數據後,還要在2020年再觀察一次,才有足夠的無線電波資料進行分析並繪製出模擬光學圖。
雖然人類有眾多強力的光學望遠鏡,但因為銀芯於地球同樣處於銀河平面,中間隔著大量星際氣體雲,尤其是銀芯氣體更濃厚,光學事實上是無法觀測,就算是紅外線要穿透都有很大困難,故唯有使用受干擾更少的無線電波射電望遠鏡。事件視界望遠鏡(EHT)最初由7座射電望遠鏡組成,2017年聯網完成後觀測處女座M87星系黑洞及人馬座A*數個月,所有同時觀測的電波數據送交美國馬薩諸塞州的海史塔克天文台,交由超級電腦運算;至2020年另一個望遠鏡加入後,就再度對半人馬座A*進行觀測。在同步觀測的情況下,透過干涉效應,同一地方發射的兩束 / 多束電波可以組合起來並疊加相同的波幅的強度。由於電波的波長遠比可見光長,100米直徑的射電望遠鏡的分析度甚至可能還肉眼都不如,但距離上千公里的射電望遠鏡電波資料再經干涉效應疊加並進行分析,解像度就可接近大型光學望遠鏡了。然後將電波強弱對應成光度(能量愈高的區域,無線電愈強,自然也愈光),弄出黑洞的模擬光學影像出來。不過相關的資料有接近數個月的測量數據,非常龐大,就算動用超級電腦進行整合、疊加比對所有數據及將影像成像化,都花上近兩年時間才完成。
黑洞雖然幾乎沒有訊息由事件視界之內流出,然而既然已測定已知質量,那至少有部分特徵是可以以數學計算的方式得出,再經觀測確認的。經由多年對人馬座A*周圍公轉的恒星的軌道和移動速度,可得出該「不可見物體」的質量約為410或431萬太陽質量(正負誤差約為60萬或38萬),事件視界直徑約2400萬至2600萬公里,大約就水星軌道平均直徑的1/4左右,相對之下,質量約66億倍太陽質量的M87中央黑洞,直徑大約4億公里,相當於土星和天王星的軌道直徑之間。不過由於半人馬座A*相對更接近,所以其可觀測成像也相對更大。
事實上,相對於其他銀河的超大質量黑洞,人馬座A*算非常小的一員,然而它因為相對更接近地球,對人類而言更易觀測微觀變化及物質流入情況。加上人類現時對於銀芯的極端太空環境還是比較了解,也更容易觀察到人馬座A*與它們的互動,對於驗證一些與高能量或高引力有關的物理學定律實有不少的幫助。
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