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分享 網管 - 科學新知 | 2020-03-25 | 人氣:274
 

2020 年 03 月 20 日

科學家拆解黑洞陰影周圍的甜甜圈光環,

由無數薄光子環組成


去年 4 月,我們第一次瞥見了宇宙中不可見的黑洞,看著這個位於 M87 星系中心的超大質量黑洞被一個明亮圓環包圍,像一個甜甜圈,然而那張照片中,我們只知道環的直徑,不清楚環的「厚度」和更詳細的子結構。現在科學家發表了新的計算結果,表明光環由一系列子環組成,看起來就像電影畫面。

 

黑洞物理學是門美麗的學科,它由深厚而強大的理論構成,但相對地它也成為一門實驗科學,科學家透過驗證觀測黑洞的數據來鞏固理論。

每個星系中心都存在一個超大質量黑洞,天文學家過去透過分析星系中心周圍恆星、氣體的運動速度來推論黑洞性質,直到2019 年 4 月 10 日,事件視界望遠鏡(Event Horizo​​n Telescope,EHT)團隊宣布,人類首度「直接」拍下距地球 5,500 萬光年遠的超大質量黑洞身影,該黑洞質量約太陽的 65 億倍,提供迄今為止超大質量黑洞存在的最有力證據。

不過有個小問題,事件視界望遠鏡拍下的光環明亮但無法分辨結構。光由稱為光子的粒子組成,當光因黑洞的引力而彎曲時,會形成所謂的光子環(photon ring),而愛因斯坦的廣義相對論預測,光環應由無限個相似的薄光子環組成,這些子環基於光子圍繞黑洞形成的軌道數而定。

現在,一組天文團隊發表新的計算結果,預測了在黑洞極端引力下彎曲的光會呈現驚人而複雜的子結構。研究人員解釋,每個光子環的直徑都差不多,只是變得越來越尖銳,因為光在到達觀察者之前已繞黑洞很多圈,去年 EHT 發布的圖像中,我們瞥見的只是綜合在一起的光子環。

▲ 光環的構成。

研究人員表示,這一系列子環就像電影畫面留下可見宇宙的歷史,光子環本質上是圍繞黑洞運動的「指紋」,藏有黑洞質量、形狀和旋轉資訊的關鍵細節。

圖像再怎麼完美,也難以透過肉眼發現無數光子環結構,但對干涉儀望遠鏡陣列來說,光子環卻會呈現強而清晰的訊號,只要現有事件視界虛擬州際望遠鏡中再加入一個太空望遠鏡,就足以進行精確測量。

新論文發表在《科學前緣》(Science Advances)期刊。

(圖片來源:哈佛-史密松天體物理中心

原文網址:https://technews.tw/2020/03/20/event-h ... e-black-hole-photon-ring/