影像所顯示的其實是黑洞的「剪影」。圖片提供:事件視界望遠鏡
影像所顯示的其實是黑洞的「剪影」。圖片提供:事件視界望遠鏡


天文學家致力一窺銀河系中心的奧秘。國際合作計劃「事件視界望遠鏡(The Event Horizon Telescope),簡稱 EHT」公布全球首張銀河系中心─人馬座A*(Sgr A*)的影像,直接證明這個距離地球約2萬6千光年及4百萬倍太陽質量的天體是個超大質量的黑洞。中大為香港唯一參與是次研究的院校,有兩名師生參與。

中大物理系講師梁寶建與美國亞利桑那大學教授陳志均合作,研究及計算黑洞附近氣體的運動,以及氣體流入黑洞的確切機制。梁寶建表示,從科學發展的角度來說,Sgr A*這個最接近地球的超大質量黑洞,為他們提供了一個天然的實驗室,有助進一步研究相對論、氣體運動、等離子物理和黑洞吸積理論。另一方面,黑洞的影像為人類探索宇宙帶來無限的想像空間,「隨著科技和天文學的進步,我們終於可以一窺宇宙中最極端的環境─黑洞附近的空間。」

黑洞是一種密度非常高的天體。根據愛因斯坦的重力理論,當物質集中在一個非常小的範圍,其重力強大到連光都無法逃脫,當中黑洞的邊界被稱為「事件視界(Event Horizon)」。雖然科學界掌握了銀河系中心黑洞存在的間接證據,卻一直未能直接觀察該黑洞。

中大物理系講師梁寶建(右上)及中大物理系本科生陳天諾(下)
中大物理系講師梁寶建(右上)及中大物理系本科生陳天諾(下)

中大表示,EHT集結全球超過300位研究員和工程師,是首個以獲取黑洞影像為目標的計劃。是次公布的Sgr A*影像是團隊繼2019年公布的M87星系黑洞影像後的全球第二張黑洞影像。這些影像其實是黑洞的「剪影」。黑洞四周的氣體因為受黑洞吸引,而繞著黑洞打轉,當氣體愈靠近黑洞,其運動速度加快,並產生高達數十億度高溫,在黑洞附近發出輻射,形成影像中可見的光環。

要從地球直接觀察遠在2萬6千光年之外的Sgr A*,有如從地球觀察月球上的一個蘋果。因此計劃其中一項困難是所使用的望遠鏡需要配備極高的解像度,以獲取清晰的影像。2017年,EHT利用了分布在世界各地的8台射電望遠鏡,組成網絡來模擬一台有如「地球一樣大」的望遠鏡去觀測銀河系中心。每一台射電望遠鏡都同時收集並記錄來自於Sgr A*附近的電波訊號,其後利用超級電腦整合數據,合成出Sgr A*的事件視界影像。數據整合的過程涉及複雜的物理學知識和統計學分析,經過5年的研究和分析,EHT團隊終於完成了全球首張銀河系中心黑洞的影像。

參加中大暑期本科生研究交流計劃(SURE)的學生陳天諾補充,在研究過程中,他們利用超級電腦模擬氣體在黑洞附近的運動,研究氣體朝著黑洞落下的不同機制,數據有助團隊建構在黑洞附近的氣體運動模型。另外,他亦很高興能夠參與是次史無前例的研究,並與頂尖的科研人員合作共同解開黑洞之迷。

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