藝術家筆下呈現的超大質量黑洞的鄰近地區(黑洞即位於中心位置的黑點)。黑洞周圍有一圈濃密呈盤狀的熱氣體正在旋轉,盤中心發出白熱的光,盤緣因受到黑暗背景烘托而可看得見。從右上方一直朝左下方延展,一縷縷青綠色的物體是快掉入黑洞的物質在順著磁場引導下所形成的噴流。以虛線標記的範圍是「最內圈穩定圓型軌道」(Innermost Stable Circular Orbit,縮寫為ISCO),這是物質以軌道繞著黑洞轉的最近距離,再更靠近而超過此距離的話,則物質軌道開始呈現不穩定,然後掉入黑洞中。CREDIT LINE: Chris Fach (Perimeter Institute & University of Waterloo)
雖然天文學家們已觀察M87的高速噴流數十年,但由於望遠鏡的解析度不足,星系中心所發出的高速噴流的來源卻遲遲無法觀察到。在此同時,天文物理學家關於高速噴流之來源的理論也仍無法被實際觀測所印證。然而,最近由美國、台灣、日本、德國與加拿大的天文學家所組成的國際研究團隊在提高望遠鏡的解析度上有了明顯的突破。透過特長基線干涉技術(Very Long Baseline Interferometry),天文學家們以連結位於美國加州、亞歷桑那州與夏威夷三地的電波望遠鏡的方式,模擬出一個相當於半個地球大小的望遠鏡。參與這次研究的井上允博士表示:「這種『虛擬』」電波望遠鏡的解析度高達能將放在月球表面上的一隻兔子的頭看得清清楚楚,也正由於這樣的高解析度使得天文學家們第一次觀察到黑洞噴流的最底部。」
位於巨橢圓星系M87中心有一個質量達太陽70 億倍的黑洞會噴出超相對論性噴流。由於噴發模式時有不同,本圖透過模擬,將三種不同噴流模式所各自對應的事件視界圖像也加以一一解析。三張圖像所顯示的是不同的黑洞自旋以及不同噴流起始位置所對應的噴流模型。請注意位於這個模擬影像的中心,有一個黑洞所投下的陰影-它的大小,與最近在毫米波波段的特長基線干涉儀的觀測所推測出的陰影大小,大致相等。CREDIT LINE: Avery E. Broderick (Perimeter Institute & University of Waterloo)
圖/Lu, RS., Asada, K., Krichbaum, T.P. et al. A ring-like accretion structure in M87 connecting its black hole and jet. Nature616, 686–690 (2023). https://doi.org/10.1038/s41586-023-05843-w
太空船在穹界因時間停頓而變得靜止不動這一情況在阿爾迪斯一九七六年寫的《夜裡的黑暗靈魂》(The Dark Soul of the Night)中,亦有頗為形象的描寫。恆星的引力崩塌,在羅伯特.史弗堡(Robert Silverberg)的《前往黑暗之星》(To the Dark Star, 1968)之中卻帶來另一種(雖然是假想的)危險。故事中的主人翁透過遙感裝置「親身」體驗一顆恆星引力塌陷的過程,卻發覺時空的扭曲原來可以使人的精神陷於瘋狂甚至崩潰的境地。
七○年代末的黑洞熱潮,令迪士尼(Walt Disney)的第一部科幻電影製作亦以此為題材。在一九七九年攝製的電影《黑洞》(The Black Hole)之中,太空船「帕魯明諾號」在一次意外中迷航,卻無意中發現了失蹤已久的「天鵝號」太空船。由於「天鵝號」環繞著一個黑洞運行,船上的人因時間延長效應而衰老得很慢。這艘船的船長是一個憤世疾俗的怪人,他的失蹤其實是故意遠離塵世。最後,他情願把船撞向黑洞也不願重返文明。
比起史提芬.史匹堡(Steven Spielberg, 1946-)的科幻電影,這部《黑洞》雖然投資浩大,拍來卻是平淡乏味,成績頗為令人失望。除了電影外,科幻作家艾倫.迪安.霍斯特(Alan Dean Foster, 1946-)亦根據劇本寫成的一本同名的小說。
根據廣義相對論的計算,一旦有重力波經過,不同脈衝星訊號之間的相關性與脈衝星在天球上的夾角會滿足一條特定的曲線,稱為 HD 曲線(Hellings-Downs curve)。
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科學家以兩顆脈衝星為一組觀測單位,藉由觀測多組脈衝星的訊號、計算它們之間的相關性,再比較這些數據是否符合 HD 曲線,就能夠進一步推斷低頻重力波是否存在。值得一提的是,由於重力波訊號非常微弱,用來作為陣列的脈衝星必須有非常穩定的計時條件,因此一般會選擇自轉週期在毫秒(ms)級別的毫秒脈衝星作為觀測對象。
NANOGrav 在今年 6 月發布的觀測結果就是利用位於波多黎各的阿雷西博天文台(Arecibo Observatory,已於 2020 年因結構老舊而退役)、美國的綠堤望遠鏡(Robert C. Byrd Green Bank Telescope)和甚大天線陣(Very Large Array, VLA)觀測 68 顆毫秒脈衝星。
他們分析了長達 15 年的觀測數據後,發現這些脈衝星訊號的相關性與 HD 曲線相當吻合,證實了低頻重力波確實存在於我們的宇宙中。