发布单位：台北市立天文科学教育馆

　　钱卓X射线天文台收集了超过8天以上的观测资料，在选定的空间内，蜘蛛网原星系团的新影像揭露了大量活跃的超大质量黑洞，包含了原星系团中心的蜘蛛网星系之后外，共有14个超大质量黑洞正在贪婪地吞噬着周围空间的物质。

蜘蛛网星系团中的14个超大质量黑洞，紫光强烈处为强X射线发射源。

　　蜘蛛网原星系团是以其中心的蜘蛛网星系命名的，其光线经过了106亿光年才抵达地球，可以算是「宇宙正午」的时期，这是在宇宙大爆炸后的20至30亿年前的短暂时期，星系以惊人的速度形成了恒星。当我们能够研究这些早期阶段的星系团时，应该能让我们对宇宙的大尺度结构演化有更深入的了解，它还能告诉我们更多关于影响星系团成员中恒星形成率及超大质量黑洞的活动过程。

蜘蛛网星系团的主角，蛛网星系的多波段复合影像。

　　科学家实际上并不晓得星系团是如何演化的，所以也很难确定哪些星系团是真正的原星系团，因此，科学家们寻找不同于常规的、有趣的目标，钱卓X射线天文台对蜘蛛网原星系团的观测就是如此。虽然黑洞本身并不发光，但吸积的能量如此之大，故在此过程中会发出高能量的X射线，意大利国家天文物理研究所的科学家将望远镜对准这个原星系团，以寻找超大质量黑洞在「进食」时所发出的X射线。

　　研究团队发现在这大约1130万光年宽的空间里，可以看到原星系团中的14个星系发出强烈的X射线，这是中心的超大质量黑洞活跃的证明，此外在这个场域内的星系中，所存在的活跃超大质量黑洞，比一般平均宇宙空间范围内要高出5至20倍之多，目前还不清楚原因为何。有可能是星系间的引力作用在影响周围的物质，进而被这些黑洞们吞噬，又或者是原星系团以某种机制保留了大量的冷气体，这将会比我们在附近星系团中看到的热气体更容易让黑洞吸积。

　　研究团队最后在文末写到：透过利用蜘蛛网星系团的多波段观测资料，他们将进一步探索X射线原星系团各成员的属性，以研究其主要的物理机制，目前本篇研究已被天文学和天文物理学期刊接受，现可在预印本网站arXiv上取得。（编译/台北天文馆技佐许晋翊）

资料来源：Science Alert

发布单位：台北市立天文科学教育馆

　　宇宙中有许多「恒星质量」黑洞，质量达数十倍的太阳质量（M_☉），是由大质量恒星坍缩而成。还有更容易被观察到的「超大质量」黑洞，质量为数百万至数十亿倍于太阳，座落于星系的中心，形成的原因尚未厘清。由于两者质量差距巨大，基本上恒星质量黑洞没有足够的时间演化成宇宙早期就存在的超大质量黑洞。而有一种论点认为，形成超大质量黑洞的“种子”介于102到105M_☉之间，它们也就是所谓的「中等质量」黑洞。

　　尽管可能是超大质量黑洞演化的重要关键，但中等质量黑洞还没有得到观测的证实。测量黑洞质量的最佳方法是观察其周围恒星的运动，此方法却不适用于中等质量黑洞，因为它们的重力影响范围比超大质量黑洞小，也不像恒星质量黑洞有伴星的行为做观察。中等质量黑洞存在的真实性是科学家近年不断努力的方向。

　　最近有研究团队利用哈勃太空望远镜与双子星天文台的光谱仪，研究位于仙女座大星系（M31）中质量最大的星团B023-G078，借由恒星的运动分析星团中心致密的大质量天体是否为中等质量黑洞。团队使用一种称为“Jeans anisotropic modeling”的方法，计算星团内数个恒星的速度，这取决于中心物体的质量与大小。找出的最佳拟合模型质量为9x104M_☉，完全就是中等质量黑洞的范围！

　　但研究团队也不能排除中心的质量是由多个恒星质量黑洞产生，使用更高解析度的光谱仪将能加以验证。而B023-G078星团中恒星的金属丰度分布广泛，团队认为它可能是一个与仙女座合并的小星系后的残余，形成被剥离的核星团（nuclear star cluster）。结合恒星丰度的观测与恒星速度拟合出的中心质量，研究团队倾向认为该星团中确实存在一个中等质量黑洞！（编译/台北天文馆虞景翔）

星团中恒星的平均速度（root-mean-square）与到星团中心的径向距离。红点表示双子星天文台的观测数据。黑线显示了大质量黑洞的最佳拟合模型。蓝线显示了中心无黑洞的模型。

资料来源：AAS Nova

发布单位：台北市立天文科学教育馆

　　位于天鹰座方向距离我们约36,000光年远的GRS 1915+105（又称为天鹰座V1487）是由一个恒星级黑洞和其伴星（一般恒星）所组成的X射线双星，根据估计，该黑洞的质量约为太阳质量的12倍。该天体甚至被称为微类星体（micro-quasar），从其伴星流出的物质在黑洞周围形成高温的吸积盘并从盘面发出强烈的X射线，若是使用无线电波段观测，还能看到接近光速的高能粒子喷流。

　　从GRS 1915+105吸积盘中发出的X射线及来自喷流的无线电波都在剧烈的变动，虽然过去知道X射线的高能量是由于吸积盘内侧的强烈加热效果而成为所谓的黑洞「冕」区所导致的，但与喷流之间的变化关系似乎还不明确。

　　研究团队将历时15年的观测，其中包含了罗西X射线计时探测器（Rossi X-ray Timing Explore，RXTE）每隔三天对该天体的观测以及英国马拉德无线电天文台几乎每天的观测数据进行组合分析。

　　结果表明，在这个天体中，黑洞周围的物质被加热，形成巨大的黑洞「冕」区后，接着以喷流的形式喷射出去，这两个阶段不断地重复，如同心脏的收缩及舒张，让血液开始循环，就好比心电图那样。

　　像这种冕与喷流轮流交织的状况不仅仅是个案，在天文界的争议也长达20年之久，本次冕阶段后的喷流确认过程是非常困难的，天文学家们需以秒为单位对其数年的资料进行比较，此外高能量及低能量间的比较也不能放过。

　　本次的研究证明了GRS 1915+105的冕及喷流阶段是交替发生的，但同时也产生了几个待解的谜题。例如，该天体的X射线能量之高，仅凭冕的温度是无法解释的，研究团队认为可能是磁场效应所致，也正好可以解释喷流的成因，如果磁场的变动杂乱无章以及冕加热的机制下，物质就会沿着磁力线形成喷流。研究团队认为，本次确认的结构或许也能适用于银河系中心的超大质量黑洞。（编译/台北天文馆技佐许晋翊）

描绘GRS 1915+105两个阶段的插图。（左）高温物质在吸积盘内部形成一个日冕（蓝色甜甜圈状部分），从中发射高能X射线。在这个阶段看不到喷流。（右）当日冕收缩并且温度下降时，从中心向上和向下喷射流。（提供：Méndez等人）

资料来源：AstroArts

发布单位：台北市立天文科学教育馆

　　芬兰图尔库大学（the University of Turku）的研究人员发现，在双星系统中，黑洞的旋转轴与系统轨道平面的夹角超过40度。这一发现挑战了目前黑洞形成的理论模型。

图说：MAXI J1820+070系统的示意图。

　　MAXI J1820+070距地球约10,000光年，是一个X射线双星系统，意味着它有一颗恒星和一个黑洞，彼此围绕着对方旋转。一般认为，它们的旋转轴会彼此对齐并垂直于系统的轨道平面。

　　然而这个黑洞的特殊角度，显示黑洞在最初的形成过程中，存在一些我们尚未理解的作用力，导致黑洞和这个系统失衡。

　　这一关键发现是利用安装在北欧光学望远镜（the Nordic Optical Telescope）上的自制偏振仪DIPol-UF得出的，该望远镜由图尔库大学和丹麦奥尔胡斯大学共同拥有。研究人员使用光学偏振技术来获取观测资料，测量从吸积盘中释放出来的光学和X射线辐射，吸积盘指的是黑洞剥离其伴星的物质时聚集在黑洞周围的旋转物质。

　　这项研究挑战了目前对黑洞如何形成的理解，本研究已发表在Science期刊上。（编译/台北天文馆吴典谚）

资料来源：Science Alert

发布单位：台北市立天文科学教育馆

　　银河系就像一件古老的羊毛衣那样，中间应该布满了「黑洞」，根据科学家的估计，应该有多达1000万至10亿个恒星质量的黑洞在银河系中游荡，但有一个最糟的问题就是它们基本上是不可见的，只有在它们路过一些物质或天体时，其重力场改变环境亮度才可间接察觉，一个研究团队首次成功地探测到一个孤独黑洞，它距离地球5200光年。

　　黑洞的重力场相当强大且极端，它会扭曲任何穿过它的光，所以当一颗遥远恒星或星系的光抵达它附近时，适当的行进方向及角度将使它变得异常明亮，此时科学家见到它就知道这个光是经过了一次重力场放大的结果，这种现象被称为重力透镜效应，而根据其尺度大小，这次的现象则被归类为微重力透镜效应，借此，科学家第一次看到一个流浪黑洞，并且可探测出其质量大小，可能大于中子星，这更加证实了它的黑洞性质。

图说：哈勃望远镜对该天文事件的后续观测照

　　微重力透镜事件可以对系外行星及恒星分门别类，但这些行星和恒星的质量太低，其亮度变化并不明显，但实际上每年天文学家都能看见数千次的微重力透镜事件，它们中的大多数都是背景恒星亮度的增强，考虑到天空中的恒星数量，这并不奇怪。

　　监测天空的两项独立科学计划，光学重力透镜实验（OGLE）与天文物理学中的微透镜观测（MOA）分别在2011年6月2日同步记录到了这项事件，并且一直持续观测了相当久，该事件在同年的7月20日达到峰值。这次事件分别被命名为MOA-2011-BLG-191/OGLE-2011-BLG-0462，非常引人注目的是它不仅持续时间异常的长，约270天，而且显示出异常高的亮度变化。直到2017年，哈勃太空望远镜在8个不同的场合对该区域进行观测，有了这些观测资料，研究团队发现最适合这些数据的结果为黑洞，并且透过恒星亮度的强度变化，该黑洞被计算出其质量约为太阳的7.1倍，事件视界应只有42公里宽。

　　此外，研究团队还算出了该物体的移动速度为每秒45公里，它很可能是前一颗恒星在超新星爆炸时被抛射至太空中的，如果这种不平衡的爆炸发生了，就有机会将恒星坍缩的核甩到太空中，我们以前也曾经见过类似的状况，白矮星LP 40-365及中子星PSR J0002+6216就是两个例子。

　　在2019年的研究中提到，银河系周围可能有数百万个「自然踢出」的黑洞，而探查到的这个黑洞如果就是其中之一，那么这些天体可能在银河系中高速流浪，借由灵敏的X射线望远镜来确定周围的星际介质中是否正在从中吸收任何物质，一旦发现该类黑洞群体，我们可能就有更多的观察样本及新的发现，本研究已提交至《天文物理学》期刊，其预印本可于arXiv上查阅。（编译/台北天文馆技佐许晋翊）

资料来源：Science Alert

发布单位：台北市立天文科学教育馆

　　人马座A*是银河系中心的超大质量黑洞，周围有一群编号S的恒星被它强大重力场的所束缚。科学家观测这些恒星轨道并测得人马座A*的质量，这项研究也赢得了2020年的诺贝尔物理学奖。但工作并未完成，最近德国马克斯普朗克地外物理研究所公布更精确成果。团队使用甚大望远镜干涉仪（VLTI），将4具8.2米望远镜与4具可移动的1.8米辅助望远镜的相干涉，获得极高的空间分辨率，使他们能以无与伦比的准确性跟踪人马座A*周围恒星S2、S29、S38和S55，也测定了一颗新恒星S300。还发现S29在2021年5月最接近黑洞，仅以130亿公里距离（90倍日地距离）通过人马座A*，且测得创纪录的高速（8,740公里/秒）。

　　新的观测结果证实恒星遵循广义相对论所预测的路径，也确定人马座A*质量为太阳的430万倍，误差为0.25%。之前测量值为415.4万倍太阳质量，不确定性为 0.27%。团队表示，2022年将有几颗S星到达近黑洞点，将能对黑洞与广义相对论提供更多资料。（编译/台北天文馆研究员李瑾）

2021年3月至7月期间使用欧南天文台的甚大望远镜干涉仪（VLTI）上GRAVITY仪器观测。

资料来源：Science Alert

发布单位：台北市立天文科学教育馆

　　天文学家使用欧南天文台甚大望远镜（VLT）的MUSE光谱仪发现最近的一对超大质量黑洞，它们位在宝瓶座NGC 7727星系，距地球约8900万光年！尽管很遥远，但相较前记录为4.7亿光年，却非常近。它们也打破超大质量黑洞对的最小间隔距离记录，仅相距1600光年，推论这对黑洞将在2.5亿年后合并成一个更巨大的黑洞。

　　这对黑洞不知何故没有发出太多X射线，因此之前没被找到。法国斯特拉斯堡天文台带领的团队通过观察黑洞的重力影响周围恒星的运动来确定质量，大黑洞位于NGC 7727的核心，质量是太阳的1.54亿倍，较小黑洞则是630万个太阳质量。科学家认为，这一发现可让我们窥探超大质量黑洞的形成过程，也意味着这种星系合并现象，可能包含许多隐藏的大质量黑洞，估计是已知的超大质量黑洞总数的30%。科学家们预计，随着欧南天文台在智利北部的极大望远镜（ELT）于2024年完工后，对于超大质量黑洞的搜索与研究将有所突破。论文发表在Astronomy & Astrophysics学刊。（编译/台北天文馆研究员李瑾）

宝瓶座NGC 7727星系

资料来源：Space.com

发布单位：台北市立天文科学教育馆

　　银河系的中心可能比天文学家所想的还怪！中国科学院紫金山天文台团队利用费米太空望远镜的伽马射线资料，研究银河系的中心附近的宇宙射线，显示银河系中心附近的天体不但将粒子加速到近光速，向外吹出高能辐射风暴，银河系核心也有天体阻止大部分来自银河系外面的宇宙射线进入！换句话说，宇宙射线可以离开银河系中心，却很难进入。

　　银河系中心位于人马座，距离26000光年。这里恒星密度极高，都围绕着一个质量为太阳400万倍的超大质量黑洞。长期以来，科学家们一直认为这个名为人马座A*的黑洞或附近其他天体，正在将质子和电子加速到近光速。这些粒子在银河系磁场传播，在整个银河系中形成密度大致均匀的高能粒子海。在新研究中，研究人员将这片宇宙射线与银河系中心的宇宙射线密度进行比较。虽然宇宙射线无法直接看到，但科学家可以在伽马射线图中找到它们，因为宇宙射线与其他物质碰撞会发出高能光线。团队使用费米望远镜的数据，证实银河系中心的某些天体确实充当了巨大粒子加速器，将宇宙射线射入银河系之外。但这张地图也揭示了神秘的“屏障”，使宇宙射线的密度在银河系中心的边缘显著下降。研究人员说，这种现象的来源更难查明，但它可能是银河系核心附近的混乱磁场的结果。

　　研究团队认为，可能是银河系中心附近密集的尘埃和气体云会自行坍塌，压缩那里的磁场并形成宇宙射线屏障。或许来自银河系中心无数恒星的恒星风正在推回宇宙射线海，就像太阳风一样，相关研究发表在《自然通讯》学刊。（编译/台北天文馆研究员李瑾）

费米伽马射线全天域图

资料来源：Space.com

发布单位：台北市立天文科学教育馆

　　最近美国史丹佛大学天体物理学家Dan Wilkins的团队使用欧洲和美国的X射线太空望远镜，首次次观察到了来自黑洞背向地球那一侧的光。这颗黑洞位于8亿光年外的星系中，质量是太阳的1000万倍。研究团队观察到一系列明亮的X射线闪焰，这在黑洞上很常见，不过他们还记录到了一些意想不到的东西：亮度略低、在时间与频率略有偏差的额外X射线闪焰。

　　黑洞是宇宙中最神奇的物体，它的重力如此强大，可以大幅弯曲时空，让光的路径产生明显弯折。根据爱因斯坦的广义相对论，从黑洞背向地球那一侧出现的光，甚至能360度迴转朝向地球方向前进，这次天文学家便是第一次观察到这样的现象。

　　这项研究始于增进科学家对黑洞附近类似日冕结构的理解，通常是黑洞附近主要的X射线光源。当黑洞附近吸积盘中的尘埃和气体高速落向黑洞，明亮的X射线闪焰便在这个过程中发出。

　　研究团队在观察黑洞日冕时，注意到了X射线在弯曲并绕出黑洞后方时，出现时间差与频率的些微变化。在这项开创性的研究之后，未来该团队将致力于绘出黑洞周围环境的3D图像，也希望更了解黑洞日冕，并持续研究黑洞日冕产生这些明亮X射线闪焰的机制。（编译/台北天文馆虞景翔）

资料来源：Phys.org

发布单位：台北市立天文科学教育馆

　　美国麻省理工学院（MIT）针对2015年首次被观测到的引力波GW150914黑洞进行分析，证实了霍金1971年提出的理论「黑洞面积定理」——根据古典物理学，黑洞事件视界的总面积只会变大，永远不会变小。

　　霍金于1971年首次提出，预测黑洞事件视界的表面积永远不会减少，只会增加。事件视界的面积包括黑洞外围「任何东西都（包含光线）无法逃脱的边界」。它与黑洞的质量成正比，由于黑洞只会增加质量，在广义相对论下，事件视界应该也只会增长。

GW150914黑洞示意图。Credit: LIGO

　　「黑洞面积定理」在数学上早已得到验证，但在观测上就很难证实，主要是因为黑洞很难被直接观测到，因为它们不发射可供探测的辐射。直到2015年，LIGO干涉仪侦测到了GW150914，两个黑洞碰撞时产生的引力波。

　　2019年MIT研究人员开始对这事件碰撞合并时数据进行了解码和分析，计算合并前后黑洞的质量和自旋，由于质量和自旋与事件视界的面积有关，这使他们能够计算这前后三个物体的事件视界。根据他们的计算，合并前两个较小的黑洞的总事件视界面积为235,000平方公里，合并后的黑洞面积为367,000平方公里。

　　麻省理工学院物理学家Maximiliano Isi表示：就像一个由不同致密物体组成的动物园，虽然其中一些是遵循爱因斯坦和霍金定律的黑洞，但其他也有可能是略有不同的“野兽”。所以，这不是做了一次测试，结果就可以成了定论，这只是个开始。

　　MIT研究团队的成就为我们未来对于其他引力波的观测提供了一个崭新的工具，对黑洞和宇宙物理学将有更多的了解。（编译：台北天文馆刘恺俐）

资料来源：Science Alert