國際合作計劃「事件視界望遠鏡(The Event Horizon Telescope)」(簡稱 EHT)公布全球首張銀河系中心─人馬座A*(Sgr A*)影像,直接證明這個距離地球約2萬6千光年及4百萬倍太陽質量的天體是個超大質量的黑洞。而香港中文大學(中大)物理系講師梁寶建博士及本科生陳天諾是EHT研究團隊唯一來自香港的成員。
黑洞是屬於一種密度非常高的天體,根據愛因斯坦的重力理論,在黑洞中,物質都集中在一個非常小的範圍,其重力強大到連光都無法逃脫,而黑洞的邊界被稱為「事件視界(Event Horizon)」。科學界雖掌握了間接證據,證明黑洞存在於銀河系中心,但一直未能直接觀察該黑洞。
梁寶建博士與美國亞利桑那大學的陳志均教授聯手研究及計算黑洞附近氣體的運動,及氣體流入黑洞的確切機制。梁博士稱由科學發展的角度來看,Sgr A*是個最接近地球的超大質量黑洞,為研究提供了一個天然的實驗室,有助於進一步研究相對論、氣體運動、等離子物理和黑洞吸積等理論。他又指黑洞的影像「為人類探索宇宙帶來無限的想像空間。隨著科技和天文學的進步,我們終於可以一窺宇宙中最極端的環境─黑洞附近的空間。」
本次EHT全球有超過300位研究員和工程師參與,屬首個以取得黑洞影像為目標的計劃,首次曝光的Sgr A*影像是團隊繼2019年公布M87星系黑洞影像後的全球第二張黑洞影像。這些影像就是黑洞的「剪影」,黑洞四周的氣體受黑洞吸引,因而繞著黑洞打轉,當氣體愈靠近黑洞,其運動速度便會加快,從而產生出高達數十億度高溫,並於黑洞附近放出輻射,形成影像清晰的可見光環。
但若要從地球直接觀察遠在2萬6千光年之外的Sgr A*,難度就如要從地球上看到一個放在月球上的蘋果。因此計劃中最困難的,是使用的望遠鏡需要配備極高的解像度,才能獲取清晰影像。
在2017年,EHT為了觀測銀河系中心,於是組合了分布在世界各地的8台射電望遠鏡,模擬一台猶如「地球一樣大」的望遠鏡,同時收集並記錄來自於Sgr A*附近的電波訊號,再利用超級電腦整合數據,合成出Sgr A*的事件視界影像。而數據整合過程涉及複雜的物理學知識和統計學分析,經過五年時間,EHT團隊終於成功完成首張銀河系中心黑洞的影像。
參加中大暑期本科生研究交流計劃(SURE)的學生陳天諾補充指在研究過程中,團隊利用超級電腦模擬氣體在黑洞附近的運動,並研究氣體朝著黑洞落下的不同機制,數據有助團隊建構在黑洞附近的氣體運動模型。他又稱十分高興能參與是次史無前例的研究,從中與頂尖的科研人員合作,共同解開黑洞之迷。@
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