2022年8月22日 星期一

天文學家首次揭露黑洞「光子環」真面目

2019年4月10日,天文學家公布了由事件視界望遠鏡(Event Horizon Telescope, EHT)所拍攝到的第一張黑洞照片M87*超巨質量黑洞。影像中的黑洞看起來像一個橘黃色的甜甜圈,沒有很多細節。其實真正重要的資訊不在圖像,而是數據資料。 

黑洞本身不會直接發光,而是一個強力透鏡,影像呈現的是在通過黑洞週圍扭曲時空而被聚焦的電波輻射。越靠近黑洞的輻射,其行進方向偏轉的程度也越高,甚至可以直角轉彎。黑洞會將輻射轉向各方向,但我們只能看到聚焦於我們視線方向的輻射。 

理論預測,如果輻射從非常接近黑洞的方向來,並直接向我們聚焦,我們應該可以看到一個「光子環」(Photon Ring),而且由於黑洞自轉,所以這個環的一部分會比較亮。 

©Broderick, et al

但先前 EHT 的影像中並沒有顯示光子環,這是因為星際空間中仍然有稀薄的低溫氣體會散射輻射,讓影像中的輻射更加模糊與微弱。現在科學家過過新的演算法,不僅還原了黑洞的光子環,還呈現出黑洞周圍散射氣體的模糊輝光。 

影像中光子環的大小與理論預測完全一致,再度確認了理論模型的正確性。天文學家還根據光子環和瀰散區的特性,更精確地推算出M87* 質量為7.13±0.39×109 M。而影像中向西南方延伸的區域,正是黑洞高速順時針方向旋轉所產生的噴流底部,也與預測一致,並進一步支持了噴流是透過 Blandford-Znajek 過程提取黑洞旋轉能量的理論。 

國立師範大學助理教授卜宏毅也參與了這項研究。 


Journal reference:Phys. Rev. D 104, 044049

DOI https://doi.org/10.1103/PhysRevD.104.044049

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