圖:Michael D Johnson/Center for Astrophysics

去年科學家拍攝到人類有史以來的首張黑洞照片,而一項研究利用新的分析技術,發現黑洞周圍有一系列疊加的光環。

不夠清晰的黑洞影像

2019 年 4 月,由全球八架望遠鏡組成的「事件視界望遠鏡」(Event Horizon Telescope,EHT)拍攝到有史以來第一張黑洞影像。而現在,一群在哈佛-史密松天體物理中心(Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics)的研究人員團隊經由計算,預測出由極端重力光線彎曲所造成的黑洞影像內的複雜內部結構。

天體物理中心講師麥可·強森博士(Michael Johnson)表示:「藉由目前的事件視界望遠鏡影像,我們只是瞥見了任何黑洞影像中理應出現的全部複雜性。」

EHT 影像能捕捉到黑洞的「光子球」(photon sphere)或「光子環」(photon ring),也就是黑洞周圍一個引力強大,以至於光子以軌道方式運行的區域。但除此之外,科學家發現在該影像中還有更多東西。

一系列的子光環

強森博士解釋,黑洞影像實際上包含了一系列疊加的光環。每個光環都有差不多相同的直徑,但隨著光在抵達觀察者之前已經環繞黑洞運行很多圈,形成難以計數的光環,隨著光環數目的增加,會變得越來越清晰。

直到 2019 年為止,黑洞內部的結構仍然充滿神秘。哈佛研究員學會(Harvard Society of Fellows)的艾力克斯·路普沙斯加博士(Alex Lupsasca)表示:「作為一位理論學家,我很興奮終於能收集到這些我們已抽象思考許久的物體之真實數據。」

這些新發現的次結構可以在未來讓科學家獲得更清晰的黑洞影像。強森博士補充:「真正讓我們驚訝的是,即使以肉眼觀察最完美的影像也幾乎無法察覺到疊加的子光環,這些光環對名為干涉儀(interferometer)的望遠鏡陣列而言是非常強烈且清楚的訊號。」

強森博士表示:「要捕捉黑洞影像通常需要許多分佈式望遠鏡,這些子光環只使用兩個相距很遠的望遠鏡就能進行研究。在事件視界望遠鏡上增加一架太空望遠鏡就足夠了。」此外,也可能有其他的方法。例如 2019 年 11 月,一個荷蘭天文學家團隊建議可以發射兩到三顆配備有無線電成像技術的人造衛星,可觀測的黑洞清晰度就會是之前的五倍。

參考資料:

  1. Tangermann, V., (2020, March 18). Researchers Find Captivating New Details In Image of Black Hole. Futurism
  2. Johnson, M. D. et al., (2020, March 18). Universal interferometric signatures of a black hole’s photon ring. Science Advances. DOI: 10.1126/sciadv.aaz1310
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