- 專欄
文章專區
2020-01-01在事件視界望遠鏡前， 人們怎麼觀測黑洞？
601 期
Author 作者
邵思齊／EASY天文地科小站成員。 前新竹高中天文社社長，現就讀臺灣大學地質科學系。
引言—黑洞影像與 EHT
去（2019）年4月10日，事件視界望遠鏡（Event Horizon Telescope, EHT）計畫發表了一張震撼人心的影像──位於室女座M87星系中心的超大質量黑洞。為了拍攝這張照片，天文學家集合了來自世界各地的望遠鏡同步觀測目標，並利用超級電腦將這些資料合併，讓人們能以史上最高的解析度，穿過星際間的層層迷霧，清楚地看到黑洞剪影。
不過，其實早在EHT之前的數十年，人類就已經用過各式各樣的方法，觀測與研究宇宙中的黑洞們了。現在，就帶各位來一探究竟。
黑洞是什麼？
在了解黑洞的觀測前，先簡單回顧一下「黑洞」是什麼？
黑洞是一種密度非常高的天體，因此它的重力場也相當強大，大到連光都逃不出黑洞附近的空間，而區別光能 否脫離的分界線，就稱為事件視界（event horizon）； 任何東西進到事件視界內就有如買了張單程機票，一去不復返，使得天文學家無法獲得事件視界內的任何資訊。
如此神秘又特異的天體，當然是天文學家非常感興趣的目標。儘管黑洞是宇宙中質量最大的一群天體，卻因為體積小、又不會發光，很難直接被觀測。
看不見的大傢伙
當黑洞沒有在激烈的「進食」時，幾乎不會放出任何電磁輻射，因此難以用望遠鏡觀察。但是，黑洞就像是宇宙中的其它星體一樣，會在重力的作用下與恆星、白矮星、中子星或另一個黑洞互相繞行。人們雖然看不見黑洞，卻可以觀測到與它互相繞行的星體所發出的電磁波。也就是說，若看到恆星繞著一個看不見的物體運動，那也許，這個看不見的物體就是一顆黑洞。
著名的案例，就是美國加州大學洛杉磯分校（University of California, Los Angeles）的銀河系中心研究團隊， 他們從1995 年開始，利用凱克天文台（W. M. Keck Observatory，圖一）針對銀河系中心的恆星位置進行了長達20年的觀測，藉由恆星每年的移動計算這些恆星運行的軌道，發現它們都繞行著同一個天體運行，並且進一步算出這個天體的質量大約是太陽的430萬倍、半徑卻只有0.002 光年！擁有如此高密度而不發光的天體， 極有可能就是黑洞（圖一）。
圖一：位於美國夏威夷毛納基山的昴星團望遠鏡（Subaru Telescope，圖中左邊建築物）
及凱克天文台（W. M. Keck Observatory，圖中右邊兩顆球狀建築）。（Flickr-Qfshin Taylor Darian, https://flic.kr/p/7A83mW）黑洞真的黑嗎？
那如果黑洞在「進食」呢？情況將完全改變！
物質在落入黑洞之前，會在黑洞周圍堆積成盤狀繞行黑洞，稱為吸積盤（accretion disk）。在吸積盤上，這些物 質會緩緩地螺旋墜入黑洞，並在過程中相互摩擦、碰撞，將重力位能化成光與熱。尤其在靠近事件視界的區域，高速旋轉摩擦的物質會產生大量的X射線和其它電磁波。……【更多內容請閱讀科學月刊第601期】