本院天文及天文物理所參與的「事件視界望遠鏡(Event Horizon Telescope,EHT)」國際合作計畫,於本(2019)年4月10日舉行全球同步記者會,公布第一張超大黑洞及黑洞陰影的視覺影像。

事件視界望遠鏡以獲取黑洞影像為首要目標,由8座散落各地的電波望遠鏡所組成,由於橫跨地球各處,它們形成了與地球一樣大的虛擬陣列式望遠鏡,形成前所未有的解析力。本院廖俊智院長表示:「8座望遠鏡中,有3座是由中研院支援運轉(SMA、ALMA及JCMT),臺灣因此活躍於EHT合作之中。在本次突破性發現中臺灣扮演關鍵的角色,為首次觀測成像的四個團隊之一。」

本次公布的影像顯示了一個位於M87星系中心的黑洞[1]。M87星系黑洞與地球相距5,500萬光年,質量為太陽的65億倍。EHT計畫主持人,哈佛-史密松天文物理中心Shep Doeleman表示:「我們讓人類首次看見了宇宙的單向門──黑洞,這項前所未有的科學成就,由200多位科學家共同取得。」

本院天文所賀曾樸院士表示,透過比較觀測結果與計算模型,我們發現這些影像有許多特徵皆與理論預測非常符合,這讓我們對觀測的解釋非常有信心,包括黑洞質量的估計。賀院士長期投入天文觀測的工作,目前是EHT董事會成員及東亞天文臺臺長。

黑洞是宇宙中極度壓縮的物體,在極小區域內含有極大質量。黑洞的存在會影響其周圍環境,使時空變形並加熱周圍物質而發光。廣義相對論預測,這種高熱物質將「照亮」遭時空強烈扭曲的區域─導致「暗影」出現。

EHT透過多次調校和成像方法,每次結果都顯現著中心有一黑暗區域的環狀結構:即「黑洞陰影」。Heino Falcke,EHT科學委員會主席,荷蘭Radboud大學教授解釋:「如果周圍明亮,我們預期黑洞會形成一個黑暗區域,類似陰影,這是愛因斯坦廣義相對論預測過會出現的東西,但過去從沒有人見過。」

EHT不僅是一個國際合作多年的結果,也為科學家提供一種研究愛因斯坦廣義相對論的方法,今年適逢人類首度以實驗印證廣義相對論滿一百週年,本次發表深具歷史意義。《天文物理期刊通訊》(The Astrophysical Journal)亦以6篇論文特刊宣告此突破。

參與完成這項創舉的望遠鏡共有:阿塔卡瑪大型毫米及次毫米波陣列望遠鏡(ALMA),阿塔卡瑪探路者實驗(APEX),IRAM 30米望遠鏡(IRAM),詹姆士克拉克麥克斯威爾望遠鏡(JCMT),大型毫米波望遠鏡(LMT),次毫米波陣列望遠鏡(SMA),次毫米波望遠鏡(ARO)、南極望遠鏡(SPT)(詳如附表),其中,由中研院支援的有SMA、ALMA、JCMT。而SMA、ALMA和最新加入的格陵蘭望遠鏡(GLT),中研院更是從最初即參與建造。

EHT今天宣布的黑洞影像觀測成果,是幾十年來觀測和理論工作的結晶,也是全球攜手合作的經典範例。本院天文所表示,眾多科學/工程研究員及職員的努力,使我們能建造望遠鏡和相關硬體系統,因而得以加入EHT。新加入EHT的格陵蘭望遠鏡(GLT),其計畫成員均對EHT有所貢獻。最重要是感謝中央研究院、科技部,以及長久的合作夥伴中山科學研究院 (NCSIST)長期大力支援SMA、ALMA及GLT的建造及維護。

 

表:EHT觀測黑洞的八座天文望遠鏡

望遠鏡 簡稱 英文全名 所在地點
阿塔卡瑪大型毫米及次毫米波陣列望遠鏡 ALMA Atacama Large Millimeter/submillimeter Array 智利
阿塔卡瑪探路者實驗 APEX Atacama Pathfinder Experiment 智利
IRAM 30米望遠鏡 IRAM IRAM 30m millimeter radio telescope 西班牙
詹姆士克拉克麥克斯威爾望遠鏡 JCMT James Clerk Maxwell telescope 美國夏威夷
大型毫米波望遠鏡 LMT Large Millimeter Telescope 墨西哥
次毫米波陣列望遠鏡 SMA Sub-Millimeter Array 美國夏威夷
次毫米波望遠鏡 ARO Arizona Radio Observatory 美國亞利桑那
南極望遠鏡 SPT South Pole Telescope 南極

註:這些望遠鏡之間,透過一種稱為特長基線干涉(VLBI)的技術來協同彼此工作。這使世界各地的設備同步,並利用我們地球的自轉來形成一個巨大如地球的望遠鏡。VLBI這種方法使EHT達到20微角秒的解析力–這樣的視力,相當於能在巴黎路邊的咖啡館閱讀一份紐約的報紙,未來,在IRAM NOEMA天文台,格陵蘭望遠鏡和基特峰望遠鏡的參與下,EHT的觀測靈敏度將顯著提高。

 

[1]黑洞是個全暗的物體,光線不能從黑洞逃離。黑洞的邊界叫做「事件視界」,事件視界大小約僅本身所投陰影五分之一,直徑不到400億公里。這次的黑洞陰影影像,是人類能取得最接近黑洞本身的圖像。

(天文所、秘書處)