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【特輯】人類史上首張黑洞照片即將公開,這裡是關於黑洞的那些故事

  • 2019/04/10 22:00 編按:黑洞正式照片相關資訊補充於文末

今日(2019年4月10日)晚上,中央研究院廖俊智院長,偕同天文及天文物理研究所的科學家淺田圭一和中村雅德,與布魯塞爾、聖地牙哥、上海、東京和華盛頓特區等五地同步舉行記者會,發布令人興奮的消息:由事件視界望遠鏡(Event Horizon Telescope,EHT)提供的黑洞觀測照片。

在此之前,這裡有些讓你先預習一下的資訊。

圖/截自事件視界望遠鏡之黑洞模擬影像。

首先,黑洞到底是什麼?「事件視界」又是什麼?

簡單來說,每個天體依其質量越大、會產生的重力場也就越大。如果一個天體的質量極大,其重力場大到需要比光速還快才能夠逃離,換句話說連光都逃離不了──那就是不會發出任何光(或說是電磁波)的「黑洞」了。

【名詞解釋】事件視界(Event Horizon):如果你靠近黑洞夠接近,近到連光都無法逃離的那條界線,就是事件視界。在那個界線之後我們無法探測到任何資訊,就算有個英勇的太空人抱著無線電發報器不停傳訊,在黑洞之外的我們也不可能收得到。

黑洞的觀念一開始是從理論上算出來的。1915 年,愛因斯坦發表廣義相對論,幾個月後德國的物理學家卡爾·史瓦西(Karl Schwarzschild)在愛因斯坦的重力場方程式中,找到一個精確解。史瓦西的精確解導出所謂的史瓦西半徑,一個天體如果小於此臨界半徑(r=2Gm/c2,以太陽來說,約是三公里),就會因為自身重力而塌縮成黑洞。但史瓦希並不知道此一用詞,直到1967年,我們所熟悉「黑洞」才由美國物理學家惠勒(John A. Wheeler)取名。

如果光出不來,那黑洞的照片可以看到什麼?

黑洞的本體的確看不到,但質量、重力場極大的它會對周圍產生很多的影響:除了彎曲黑洞周圍星體的光線,黑洞周圍還會存在一些「發光」的現象,如黑洞在吞噬周圍星體的時候,會將撕扯恆星形成吸積盤,甚至於部分的物質還會形成黑洞噴流,這些物質的摩擦移動都有機會發射出我們可以觀測的無線電波。

「星際效應」電影中對黑洞的想像是由物理大師基普索恩親自參與理論計算模擬出來的。宏大的電影場景中,黑洞彎曲周遭光線而造成龐大的剪影,能觀測到那樣的畫面正是許多天文學家的夢想。

如果太靠近黑洞就無法逃離,那進去會怎樣?

一句話,會先被拉成麵條狀。(無誤)

由於黑洞的重力很強,而且越靠近會越強、差異也越大,這樣的重力差距會讓不管靠近黑洞的是星球太空人還是太空梭,通通被拉長。然後進入吸積盤,可能成為黑洞的一部分,也或者會成為黑洞噴流而離開。

特長基線干涉儀,那組讓你看見黑洞的超大望遠鏡

中研院天文及天文物理研究所主導的「格陵蘭望遠鏡」(GLT) 與夏威夷的次毫米波陣列 (SMA)、智利的阿塔卡瑪毫米波與次毫米波陣列 (ALMA) 連線觀測。利用特長基線干涉技術,三組大型望遠鏡形成接近地球那麼大的大三角形,相當於一個超大望遠鏡,有望拍攝到人類史上第一張黑洞的照片。

關於黑洞,還有很多很多待解之謎

將文件切碎,你還是可以想辦法拼回來。把書燒掉,理論上你也可以辦到同樣的事。但如果把資訊傳入黑洞中,就永遠找不回來了?這是物理學家爭論已久的問題,黑洞是否如同一座終極金庫,把資訊吸入並永久蒸發,不留下任何蛛絲馬跡?

宇宙未解的秘密還有很多,黑洞是其中最令人興奮也最龐大遙遠的一個。你準備好和我們一起目睹黑洞的真面目了嗎?

今晚 20:30,全球連線直播看這裡:

  • 編按:本文部分改寫整理自延伸閱讀內文。

史上第一張黑洞照片正式公開!

黑洞的照片終於出來啦啦啦!這一張超大質量黑洞 M87 的照片是人類史上第一次的黑洞影像證據。在照片中,我們可以看到南北結構的不對稱,這與黑洞本身的自轉有關,也是未來研究的重要方向。

這跟你想像中的黑洞一不一樣呢?這次的觀測,讓我們揭開了黑洞的神秘面紗,未來,科學團隊希望追求更高的解析度。浩瀚的宇宙,仍埋藏著龐大的未知,等待人類的探索。

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