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M82 X-1確認是罕見的中型黑洞

臺北天文館_96
・2014/08/29 ・1240字 ・閱讀時間約 2 分鐘 ・SR值 581 ・九年級

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馬里蘭大學(University of Maryland)天文系研究生Dheeraj Pasham等人在M82星系中成功地精確測量出有顆天體的質量約為太陽的400倍,因而確認這是個非常罕見的中型黑洞 (intermediate-mass black holes)。

黑洞是質量非常大的物質集中在極小區域中所形成的極緻密天體,連宇宙中速度最快得光都無法逃脫它的重力場,因此我們無法看到直接來自黑洞的光,只能透過因受到它的重力影響的其他天體或物質的變化來偵測黑洞。然而,當物質繞著黑洞邊旋轉邊向黑洞落入的過程中,物質會因彼此間的摩擦而發出光,讓黑洞間接成為宇宙中最「明亮」的天體之一。

宇宙中可能會有多少黑洞,大概沒有天文學家可以給出確切答案,僅就我們自己的銀河系,可能就存在1億個以上各類型黑洞。幾乎所有黑洞可以區分成兩大群,質量為太陽的10~100倍者會在死亡之際因超新星爆炸或直接塌縮而形成恆星型黑洞(stellar-mass black hole),另一種則是位在星系中心、超過100萬倍太陽質量的超大質量黑洞(supermassive black hole)。

但放眼這廣袤宇宙,其實還有一種中型黑洞,質量介在恆星型黑洞和超大質量黑洞之間,約數百倍到數千倍太陽質量,但數量相當稀少,也很難測量到,因此中型黑洞的來源一直是個待解之謎,甚至有天文學家質疑中型黑洞的行為和性質是否和其他兩種黑洞相似。天文學家從1970年代開始,觀測到百來個可能是中型黑洞的天體,但由於無法精確測量這些天體的質量,所以這些天體也只能是「疑似中型黑洞」。

M82星系距離地球約1200萬光年,位在大熊座方向,該星系中新恆星誕生速率頗高,是離我們最近的星遽增星系(starburst galaxy)。從1999年開始,天文學家利用NASA的錢卓X射線觀測衛星(Chandra X-ray Observatory)偵測M82星系中一個編號為M82 X-1明亮天體所發出的X射線。約從十年前開始,就有多位天文學家推測M82 X-1應該是個中型黑洞,但一直沒辦法獲得其精確質量來證實他們的推測。右上圖是錢卓、哈柏太空望遠鏡和史匹哲太空望遠鏡觀測的M82影像合成圖,其中M82 X-1位在M82星系中心右上角約2點鐘方向,星系中心放大至白框內的影像中最亮的那個點就是M82 X-1。

不過在2004年至2010年間,另一架NASA的Rossi X射線計時探測器(Rossi X-Ray Timing Explorer,RXTE)總共觀測M82 X-1約800次,記錄這個天體發出的每個X射線粒子。Pasham將每組不同X射線波長的觀測資料繪製成圖,然後將這些圖聯結在一起予以分析。

結果,他發現M82 X-1有兩種重複發生的閃光,應該是某種週期性的光脈動,其中一種閃光每秒5次,另一種為每秒3.3次,兩者頻率約為3:2。天文學家可以利用這種光振盪比例來測量黑洞質量;這種技術以前就曾應用在恆星型黑洞上,只是還不曾用在中型黑洞上。

依光振盪比例而得的M82 X-1質量約為太陽的428倍,誤差頂多為105倍太陽質量。不過Pasham並未提出關於這種中型黑洞如何形成的解釋,不過至少現在已確認現行觀測正確無誤,可以開始進行理論模擬的部分,或許終將可尋得中型黑洞成因的謎底。

目前RXTE已卸任,NASA計畫將在2年內發射新的X射線望遠鏡—中子星內部組成探測器(Neutron Star Interior Composition Explorer,NICER)取代之,Pasham也已經準備好利用NICER來確認6個可能為中型黑洞的天體。

資料來源:Fascinating Rhythm: Light Pulses Illuminate Rare Black Hole, 2014.08.17, KLC

本文轉載自網路天文館

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臺北天文館_96
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全台首座科研火箭場正式啟用!——坐落在依山傍海的屏東牡丹鄉

PanSci_96
・2022/01/18 ・2103字 ・閱讀時間約 4 分鐘

科技部「短期科研探空火箭發射場域」近日開放符合規定的火箭科研團隊申請使用!這是台灣太空發展繼去年 5 月立法院三讀通過《太空發展法》後,另一個重要的里程碑。

什麼?台灣竟然有發展太空科技!

沒錯!截至目前為止,全球有超過 90 個國家擁有自己的衛星,並有超過 31 個國家制定了國家太空法規,可見各國都砸下重金發展衛星和火箭等相關技術。正因為太空科技是現代全球競爭的新場域,台灣在具有基礎技術能量的前提之下,也決定加入太空科技的行列!

自 2020 年以來,行政院開始推動資訊及數位、資安卓越、精準健康、綠電及再生能源、國防及戰略、民生及戰備等六大核心戰略產業。其中,太空科技為國防及戰略產業的核心領域。在今年 1 月 13 日起開放申請的「短期科研探空火箭發射場域」,是台灣第一座以科研任務為主的火箭發射場,更是太空科技的里程碑!

地處屏東原住民部落的發射場域

科技部選定屏東縣牡丹鄉旭海村牡丹灣段 742-1 及 743-1 地號做為「短期科研探空火箭發射場域」,該場域占地面積 9,700 平方公尺,是國有海岸林地,也是原住民保留地。由於涉及原住民族的土地及權利,根據《太空發展法》第 12 條,必須依照《原住民族基本法》辦理。《原住民族基本法》第 21 條則規定「政府應諮商並取得原住民族或部落同意或參與,原住民得分享相關利益」,因此,科技部與當地「旭海部落」反覆協商後,在去年順利取得了同意。

旭海部落位於牡丹鄉最東側,是依山面海的漁村型部落,早期被稱為「牡丹灣」(macaran),意思是「水量豐沛的沼澤地」。最初來這裡開墾的是斯卡羅族,後來陸續有阿美族、排灣族、平埔族,以及閩南、客家等族群聚居,最後形成了一個族群融合的聚落。部落居民在得知該地被選為火箭場,有機會刺激觀光、帶動就業機會後,不少居民樂觀其成。可是,當地居民以出海捕魚、抓龍蝦為生,因此也有不少居民擔心火箭場將破壞牡丹灣的水域生態,使得魚及龍蝦的數量銳減,影響生計。

對此,科技部提出回饋方案,表示若居民因火箭試射而無法出海捕魚,將可享有補貼,而平時更有水電費和獎學金補助。另外,國家實驗研究院國家太空中心每週都派專員深入當地,傾聽村民心聲,也召開多場說明會,解答民眾疑問,讓當地居民了解火箭場落腳旭海的利弊得失。部落原訂去年 5 月舉行會議,卻因為疫情延宕至 11 月,最終共有 112 位居民出席,獲得 85 張同意票,正式通過我國第一座合法、安全且能維護原住民族權益的火箭發射場域。

圖為牡丹灣,鄰近的旭海部落早期即被稱為「牡丹灣」,意思是「水量豐沛的沼澤地」。 圖/牡丹鄉公所

誰可以合法申請、發射火箭?

立法院在 2021 年 5 月三讀通過《太空發展法》,是台灣第一部國家太空法案。《太空發展法》共計 6 章 22 條,內容規定主管機關為科技部,負責設置發射場域,而計畫執行單位為國家太空中心,負責營運、管理發射場域。另外,也規定發射載具僅能在國家發射場域實施發射。

位於旭海的「短期科研探空火箭發射場域」是台灣邁向完備太空基礎設施的第一步。然而,考慮到當地原住民權益,科技部承諾除非經過該原住民部落同意,否則將不會提供其他單位使用,後續相關作業也將由國家太空中心依據「短期科研探空火箭發射場域利益分享作業要點」辦理。

國家太空中心主任吳宗信強調,「短期科研探空火箭發射場域」不是提供給大型火箭發射,而是提供給科技部補助、委託或出資之執行單位或受委託單位申請,特別是各大專院校相關學術研究單位(航空工程學類和大氣科學系等),讓他們實地測試、驗證科研發展計畫的成果。據吳宗信了解,國立陽明交通大學前瞻火箭研究中心(ARRC)預計在 3~4 月發射火箭,國立成功大學航空太空工程學系則預計在 6~7 月發射,但實際情況還要看學校的整備狀況。

國立陽明交通大學前瞻火箭研究中心(ARRC) 製作的火箭。圖/ARRC 官網

參考資料

PanSci_96
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