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仰望百年 黑洞首見 史上首張照片發布 形狀脗合廣義相對論預測

【明報專訊】由全球逾200名天體物理學家組成的「事件視界望遠鏡(Event Horizon Telescope,EHT)」國際合作計劃,昨日公布歷來首張黑洞相片,揭開這宇宙最神秘天體的面紗。相中展示M87星系的黑洞,可見環狀光芒包圍着黑色圓心。著名物理學家愛因斯坦在1915年的廣義相對論中,提出對黑洞形態的預測,項目負責科學家形容,昨日公布的相片基本上印證了廣義相對論的預測及現有許多理論的理解。

這次公布的黑洞相片來自「事件視界望遠鏡」國際合作計劃的團隊,該團隊在香港時間昨晚約9時公布這次成果,新聞發布會在華盛頓、布魯塞爾、智利聖地牙哥、上海、台北、東京和丹麥的林比(Lyngby)同步舉行。EHT計劃主任、哈佛大學-史密松天體物理中心高級研究員杜勒曼(Sheperd Doeleman)說:「黑洞是宇宙最神秘的東西,我們看到了原以為無法看見之物,我們給黑洞拍了照。」

EHT觀測兩黑洞

昨曝光M87距地球5500萬光年

EHT項目概念始於2006年,到2012年首次以EHT名義召開學術會議,進一步確立執行細節。EHT的基本原理是利用所謂的「特長基線干涉測量法」,以分佈全球多地的多組望遠鏡同時收集黑洞「事件視界」的物質輻射數據,變相模擬出口徑相當於地球直徑的望遠鏡,製作黑洞的「剪影」。EHT主要觀測兩個巨型黑洞,一個位於銀河系中心的「人馬座A*」,另一個位於「室女座A」(又稱處女座A,常稱M87)星系中心。

國際8組望遠鏡合作

今次公布的是2017年4月一連10天觀測M87的成果,它距離地球5500萬光年,黑洞約有65億個太陽的質量。當時共有8組太空望遠鏡合作拍攝,各望遠鏡北起西班牙,南至南極,覆蓋面極廣,它們大多位於高海拔的乾冷地區,較適合接收射電信號。事後團隊成員再花兩年時間以超級電腦分析收集得來的大量數據。各支團隊獨立運作,並未互相分享初步結果,以免影響或「污染」到其他團隊的資訊,到完成後才重新聚集,延至昨日首度公開歷時兩年「冲曬」的影像。

質量巨大重力強 光子無法逃逸

黑洞是按愛因斯坦的「廣義相對論」(General relativity)所推論的宇宙天體,因質量巨大產生強大重力場,連光子亦無法逃逸,因此理論上無法被看見,「事件視界」則指黑洞的邊界。荷蘭籍的EHT科學理事會主席法爾克(Heino Falcke)則說:「倘若放置於光亮的區域,例如是一盆發光氣體,我們預期黑洞會創造類似陰影的黑暗區域——那是愛因斯坦的廣義相對論所預測、但我們從未見過的。」EHT委員、台灣東亞天文台台長賀曾樸亦稱,在研究團隊確認拍下黑洞剪影後,即將觀測數據跟電腦模型對比,發現影像的許多特徵「跟我們的理論理解都出乎意料地脗合」,令團隊有信心解釋觀測結果,包括對黑洞質量的估計。

香港中文大學物理系講師梁寶建昨向本報稱,自1915年愛因斯坦提出廣義相對論以來,即開始對黑洞理論的研究,儘管學術界現已公認黑洞存在,但以往的天文觀測受技術所限,望遠鏡的黑洞相片欠缺解像度,「都只有一個點」,這次就見到更清晰的畫面,專家可從其形狀等驗證廣義相對論。EHT項目科學家帕薩提斯(Dimitrios Psaltis)稱:「陰影的大小和形狀符合愛因斯坦廣義相對論的確切預測,令我們對這有一個世紀歷史的理論更添信心。為黑洞製作影像,只是我們發展新工具來解讀自然界龐大複雜數據的開端。」

團隊去年加入位於格陵蘭、法國和美國亞利桑那州的望遠鏡,去年4月已作第二輪觀測,正在分析數據,未來會有更多影像公布。

(綜合報道)

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