Home‎ > ‎

本所格陵蘭望遠鏡團隊淺田圭一助研究員、Geoffrey Bower資深天文學家、賀曾樸院士、井上允特聘研究員參與「事件視界望遠鏡」 計畫,觀測到銀河系中心黑洞磁場結構

posted Dec 3, 2015, 5:16 PM by Lauren Huang   [ updated Dec 3, 2015, 7:20 PM ]
原文新聞連結:https://www.cfa.harvard.edu/news/2015-28

插畫概念圖顯示,在我們銀河系中心的黑洞四周,有由吸積物質形成的高熱盤環繞著。藍色線條顯示磁場。事件視界望遠鏡首度以高解析力觀測了磁場,它能解析的區域事實上足足有事件視界的6倍大(事件視界的6倍大即相當於6個史瓦西半徑)。 結果發現盤中磁場是無序而混亂的,迴圈和螺旋環交錯糾結,很像義大利麵條。 事件視界望遠鏡也發現其他區域磁場比較規律有條理,可能是將產生噴流的地方,圖中以黃色細細的垂直流線顯示該區。 Credit: CfA/M. Weiss
插畫概念圖顯示,在我們銀河系中心的黑洞四周,有由吸積物質形成的高熱盤環繞著。藍色線條顯示磁場。事件視界望遠鏡首度以高解析力觀測了磁場,它能解析的區域事實上足足有事件視界的6倍大(事件視界的6倍大即相當於6個史瓦西半徑)。 結果發現盤中磁場是無序而混亂的,迴圈和螺旋環交錯糾結,很像義大利麵條。 事件視界望遠鏡也發現其他區域磁場比較規律有條理,可能是將產生噴流的地方,圖中以黃色細細的垂直流線顯示該區。 Credit: CfA/M. Weiss

多數人想到的黑洞,會像是個巨無霸吸塵器,只要靠近它,不管什麼都會吸進去。但星系中心的超大質量黑洞在宇宙中的角色其實和引擎近似,會將掉入物質的能量轉換成強力的輻射,亮度遠超過周圍所有星光亮度的總和。旋轉的黑洞產生的噴流尤其強大,噴發範圍遠達幾千光年,影響廣及整個星系。據信,這樣的黑洞引擎由磁場驅動。本次,首度在銀河系中心黑洞的事件視界(event horizon)周圍,天文學家偵測到這磁場。

哈佛史密松天文物理中心(CfA)Michael Johnson表示:了解這些磁場是一項重要突破。目前為止,還沒有人能夠解析鄰近於事件視界的磁場。這項發現於12月4日刊登於Science期刊。

此項研究計畫的主持人,CfA/MIT的Shep Doeleman(MIT Haystack 天文臺助理臺長)表示:理論上預測這些磁場應該存在,但始終無法真的看到。這次因為我們取得的資料,數十年來紙上談兵的預測藉實際觀測證實。

中央研究院天文及天文物理研究所卸任所長賀曾樸院士表示,天文所研究團隊持續致力於相關研究,並參與令人興奮的觀測計畫。未來,天文所的格陵蘭望遠鏡(Greenland Telescope,簡稱為GLT)將為顯示黑洞環境更詳細結構發揮貢獻。天文所的格陵蘭望遠鏡計畫團隊成員有四位是本篇論文共同作者:淺田圭一助研究員、Geoffrey Bower資深研究天文學家、賀曾樸院士、井上允特聘研究員。

這項成果使用到的是將全球許多電波望遠鏡連結在一起,發揮一隻口徑大如地球,功能操作像一座單一望遠鏡的擬真式望遠鏡:事件視界望遠鏡(Event Horizon Telescope)。望遠鏡越大能提供的細節越多,EHT終極目標完成時,將提供15微角秒的解析力。(一角秒相當於1/3600度,15微角秒的角分辨力相當於看得見一顆月球上的高爾夫球。)

為什麼觀測黑洞非需要此等解析力不可?因為,黑洞是宇宙中最緻密的物體,以銀河系中心的人馬座A*(Sagittarius A*)為例,它的體積比水星公轉軌道還小,加上,人馬座A*位在距離地球2萬5千光年遠,其尺度大小換算成角秒,在天空中看起來只剩10微角秒 (microarcsecond) 而已,還好黑洞強大的重力曲折了光、放大了事件視界,這結果讓黑洞的事件視界看起來有50微角秒一般大,而這個大小,用EHT來解析,游刃有餘。

這次事件視界望遠鏡的觀測波段是1.3mm。研究團隊測量的是,光受到多少程度的線偏振。在地球上你我身邊,一樣也有線偏振,譬如太陽光受反射,就有線偏振,這也是為什麼偏光太陽眼鏡能為人眼屏蔽光線以及減少眩光。以人馬座A*來說,偏振的光是由那些以磁場線為中心快速盤旋的電子所發射的。因此,鎖定這種偏振光,就能夠直接描繪出磁場結構。

人馬座A*被吸積盤環繞,吸積盤則由一圈呈盤狀繞黑洞運轉的物質所組成,規律運轉,團隊發現的是,在靠近黑洞的有些區域,磁場呈混亂狀,許多不規則的小圈圈,看來像似一坨坨糾結的義大利細麵。截然不同的是,其他區域則相對井然有序得多,那可能是噴流正蓄勢待發的區域。

發現還顯示出磁場波動週期相當短,大約15分鐘一次。

Michael Johnson表示,他們這次的發現再次證實,銀河系中心區域遠比我們想像中的還更加活力四射,那裏到處都是活蹦亂跳的磁場。

EHT上述所取得的觀測結果一共動用三個不同位置的天文儀器:兩座是位於夏威夷毛納基峰上(其中之一是由中研院天文所和史密松天文臺合作興建的"SMA次毫米波陣列"、另一是JCMT望遠鏡),一個在美國亞利桑那州(次毫米波望遠鏡,"the Submillimeter Telescope"),一個在美國加州(CARMA望遠鏡)。 隨著EHT把世界各地更多望遠鏡納入成為EHT一員,取得資料日益增多,人類距離首度為黑洞事件視界成像的目標也將越來越近。

Shep Doeleman說,想要建造一座橫跨整個地球的望遠鏡,組成一支成員來自全球各地的科學家團隊,大概是唯一的辦法。隨著EHT團隊本次成果取得,天文學一大「悖論」(paradox)獲解之日,似乎也朝我們走近了一步:「為什麼,黑洞那麼亮?」
(中譯稿由中研院天文所天文教育推廣團隊提供,翻譯:黃珞文,審校:卜宏毅博士)
原文新聞連結:https://www.cfa.harvard.edu/news/2015-28
Comments