中研院聯手國內外研究團隊 觀測M87黑洞吸積流與強大噴流

藝術家筆下展示了M87黑洞附近的吸積流和噴流的特寫示意圖。(圖片來源：Sophia Dagnello，NRAO／AUI／NSF。中研院提供)

中研院天文及天文物理研究所與多個國際研究團隊合作，使用新的毫米波段觀測成功獲得影像，首度證實星系中心超大質量黑洞附近的吸積流與噴流起源間的聯繫，研究成果於4月發表在國際頂尖期刊《自然》（Nature）。

爲了觀測黑洞，全球電波望遠鏡成立兩個國際合作計劃，由分佈各地的望遠鏡連線，構成和地球一樣大的虛擬望遠鏡，包括「事件視界望遠鏡 」（Event Horizon Telescope，簡稱EHT）及「全球毫米波特長基線陣列」（Global mm-VLBI Array，簡稱GMVA），分別以不同的波長頻段觀測。

「事件視界望遠鏡 」用1.3毫米波長觀測取得黑洞的陰影影像，而「全球毫米波特長基線陣列」則使用3.5毫米波長觀測，重點在於捕捉黑洞附近的吸積和噴流性質。其中「事件視界望遠鏡 」已於2019年及2022年公佈人類史上第1張及第2張黑洞影像照片。

中研院表示，本次黑洞吸積流及噴流成像，是2018年阿塔卡瑪大型毫米及次毫米波陣列望遠鏡（ALMA）與格陵蘭望遠鏡（GLT）加入「全球毫米波特長基線陣列」全球連線觀測的成果。由於加入這兩座望遠鏡，使得跨洲望遠鏡連線分辨率和靈敏度提高，首度能在3.5毫米波長，對M87星系中心的環狀結構成像，強化「全球毫米波特長基線陣列」計劃的成像能力。

中德馬普夥伴小組（Max Planck Research Group at the Chinese Academy of Sciences）組長、現任中國科學院上海天文臺研究員路如森指出，以前在不同的影像中分別看到黑洞和噴流，但現在能夠使用新的觀測波長，拍攝到黑洞及其噴流的全景照片。

路如森解釋，周圍的物質被認爲在吸積過程中落入黑洞，但之前沒有辦法直接對它成像。而這次用3.5毫米波長觀測之前看到的環，發現變大變厚，說明新的影像中看到落入黑洞的物質產生額外的輻射，讓研究團隊對黑洞附近的物理過程，有着更完整的瞭解。

M87黑洞周圍發出的光是由高能電子和磁場間的相互作用產生，這種現象稱爲同步輻射。在3.5毫米波長進行的新觀測，揭示這些電子的位置和能量的更多細節，以及黑洞本身的性質，即以低速率消耗物質，僅將一小部分物質轉化爲輻射。

主導論文理論模型的教育部玉山青年學者、臺灣師範大學助理教授卜宏毅解釋，利用數值模擬黑洞環境並建立黑洞系統輻射特徵的理論模型，確定了影像中的環狀結構與吸積流有關。此研究成果仰賴了在不同頻率的高解析度觀測。

參與這次觀測的研究團隊當中，我國部分包含：臺灣師範大學、中山大學及國家中山科學研究院，經費來自中研院、國科會的長期支持。