发布单位： 台北市立天文科学教育馆
由中研院与国际团队合作使用新的毫米波段观测 ，成功拍摄到 M87 黑洞吸积流和强大喷流 ，首度证实星系中心超大质量黑洞附近的吸积流与喷流起源间的联系 。
图说： M87 喷流和黑洞阴影在毫米波段的 VLBI 影像 ，由加入了 ALMA 和格陵兰望远镜的 GMVA 取得 。图片来源： Lu, Asada, et al. (2023)
为了观测黑洞 ，需要建构一个跟地球一样大的电波望远镜阵列 ，为了达成这个目标 ，天文学家运用特长基线干涉法技术 ，连结分布全球各地的望远镜 ，让这些千里外的望远镜形成一个和地球一样大的虚拟望远镜 ，其解析力更是远超过任何单一望远镜 。
目前有 2 个国际合作计划串联起全球电波望远镜 ，分别是 「事件视界望远镜 」 （Event Horizon Telescope ，简称 EHT） 及 「全球毫米波特长基线阵列」 （Global mm-VLBI Array ，简称 GMVA） 。两者以不同的波长频段观测 ，EHT 用 1.3 毫米波长观测取得黑洞的阴影影像； 而 GMVA 则使用 3.5 毫米波长观测 ，重点在于捕捉黑洞附近的吸积和喷流性质 。其中 EHT 已于 2019 年及 2022 年公布人类史上第 1 张 M87 黑洞影像及第 2 张银河系中心超大质量黑洞人马座 A 星影像 。
此次取得的黑洞吸积流及喷流成像 ，是由 2018 年阿塔卡玛大型毫米及次毫米波阵列望远镜 （ALMA） 与格陵兰望远镜 （GLT） 加入 GMVA 全球连线观测的成果 。这二座望远镜的加入 ，提高了整体的分辨率和灵敏度 ，首度能在 3.5 毫米波长下对 M87 星系中心的环状结构成像 ，强化了 GMVA 计划的成像能力 。GMVA 测得环的直径为 64 微角秒 ，相当于太空人在月球上回望地球时看到的自拍环形补光灯的大小 （约 13 公分） ，比 EHT 用 1.3 毫米波长观测到的直径大 50% ，与该区域的相对论性电浆辐射相符 。
图说： 不同波长观测的 M87 黑洞阴影影像 ，左： GMVA （3.5 毫米） ，右： EHT （1.3 毫米） 。图片来源： Lu, Asada, et al. (2023); the EHT Collaboration; composition by F. Tazaki
研究人员表示这次用 3.5 毫米波长观测 M87 黑洞 ，发现环变大变厚 ，这说明新的影像中看到落入黑洞的物质产生额外的辐射 。M87 黑洞周围发出的光是由高能电子和磁场间的相互作用产生 ，这种现象称为同步辐射 。在 3.5 毫米波长的观测下 ，将揭示这些电子的位置和能量的更多细节 。这个黑洞不是很饿！ 它以低速率消耗物质 ，仅将一小部分物质转化为辐射 。从数值模拟的理论模型中 ，确定了影像中的环状结构与吸积流有关 。观测资料发现靠近黑洞内部区域发出的辐射比预期的要宽 ，这可能意味着不仅有气体落入其中 ，也有风吹出来 ，导致黑洞周围出现紊流和混沌 。
对 M87 黑洞的探索并未结束 ，未来随着强大望远镜的加入 ，毫米波的观测将探索 M87 黑洞随时间的演化 ，并提供黑洞在电波波段的多种影像 ，探索物质如何吸积到黑洞以及如何从黑洞附近喷发出来 。相关研究成果发表于 2023 年 4 月 《自然》 （Nature） 期刊上 。 （编译/台北天文馆赵瑞青）
图说： 参与 2018 年 GMVA+GLT+ALMA 联合观测的电波望远镜分布图 。图片来源： Kazunori Akiyama (MIT/HO)
图说： 格陵兰望远镜 （GLT） 与极光 。图片来源： 松下聪树/中研院天文所 。
资料来源： 中研院
