影╱首次同時拍到黑洞吸積流和噴流 中研院研究登國際期刊

格陵蘭望遠鏡與極光。圖片來源／松下聰樹、中研院天文所

隨着科學研究規模及難度提升，跨國合作已成天文觀測研究趨勢。中央研究院天文及天文物理研究所與數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，首度同時拍攝到M87黑洞吸積流和強大噴流，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4月發表在國際頂尖期刊《自然（Nature）》。臺灣參與成員還包括國立臺灣師範大學、國立中山大學及國家中山科學研究院。

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。EHT用1.3毫米波長觀測取得黑洞的陰影影像，而GMVA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EHT已於2019年及2022年公佈人類史上第一張及第二張黑洞影像照片。

此次黑洞吸積流及噴流成像則是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GMVA全球連線觀測的成果。由於加入這二座望遠鏡，使得跨洲望遠鏡連線分辨率和靈敏度提高，首度能在3.5毫米波長下對M87星系中心的環狀結構成像，強化了GMVA計劃的成像能力。

中研院天文所副研究員暨論文通訊作者淺田圭一表示，與EHT的結果相比，此次的成果有足夠的角分辨率，能解析出核心周圍更厚更大的環，這與M87超大質量黑洞周圍的吸積流有關。

GMVA測得的環直徑爲64微角秒，相當於太空人在月球上回望地球時看到的自拍環形補光燈的大小（約13公分），比EHT用1.3毫米波長觀測到的直徑大50%，與該區域的相對論性電漿輻射相符。

中研院天文所研究員、GLT計劃主持人松下聰樹強調，這是將望遠鏡搬到格陵蘭並在那裡重新組裝後的第一個科研成果。中研院天文所研究員陳明堂也表示，改造望遠鏡適應極端寒冷的天氣、並搬到格陵蘭島重新組裝，是一個巨大挑戰，「我們爲臺灣的科學、技術和經驗感到非常自豪。」

中德馬普夥伴小組組長、現任中國科學院上海天文臺研究員路如森（Ru-Sen Lu）表示，以前我們在不同的影像中分別看到黑洞和噴流，但現在用新的觀測波長拍攝到了黑洞及其噴流的全景照片。」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。

日本國立天文臺助理教授秦和弘表示，此次的研究發現，靠近黑洞的內部區域發出的輻射比我們預期的要寬；這可能意味着不僅有氣體落入其中，也有風吹出來，導致黑洞周圍出現紊流和混沌。

M87噴流和黑洞陰影在毫米波段的VLBI影像，由加入了ALMA和格陵蘭望遠鏡的GMVA取得。圖片來源／Lu, Asada, 中研院天文所提供