新發現黑洞並不是很餓 並以低速率消耗物質

（台灣TB新聞網/記者陳念祖）中央研究院天文及天文物理研究所與數個國際研究團隊合作，使用新的毫米波段觀測獲得影像，首度證實星系中心超大質量黑洞附近的吸積流與噴流起源間，不僅有氣體落入其中，也有風吹出來，導致黑洞周圍出現紊流和混沌，研究成果於2023年4月發表在國際頂尖期刊《自然》（Nature）。

新獲得的觀測影像還得知一些關於這個黑洞本身的性質，就是黑洞不是很餓，黑洞以低速率消耗物質，僅將一小部分物質轉化為輻射。

主導論文理論模型的教育部玉山青年學者、國立台灣師範大學卜宏毅助理教授解釋說，利用數值模擬黑洞環境，並建立黑洞系統輻射特徵的理論模型，確定了影像中的環狀結構與吸積流有關。而，此研究成果仰賴了在不同頻率的高解析度觀測。

為了觀測黑洞，全球電波望遠鏡成立兩個國際合作計畫，由分布各地的望遠鏡連線，構成和地球一樣大的虛擬望遠鏡，包括「事件視界望遠鏡 」（Event Horizon Telescope，簡稱EHT）及「全球毫米波特長基線陣列」（Global mm-VLBI Array，簡稱GMVA），分別以不同的波長頻段觀測。EHT用1.3毫米波長觀測取得黑洞的陰影影像，而GMVA則使用3.5毫米波長觀測，重點在於捕捉黑洞附近的吸積和噴流性質。

中研院天文所副研究員暨論文通訊作者淺田圭一表示，由於GLT和ALMA加入GMVA的3.5毫米觀測，與EHT的結果相比後，有足夠的角分辨率，能解析出核心周圍更厚更大的環，這主要與M87超大質量黑洞周圍的吸積流有關。

日本國立天文台的秦和弘助理教授表示，在資料中還發現一些令人驚訝的情形，就是靠近黑洞的內部區域，所發出的輻射比預期的要寬，這可能意味著不僅有氣體落入其中，也有風吹出來，導致黑洞周圍出現紊流和混沌。

中德馬普伙伴小組（Max Planck Research Group at the Chinese Academy of Sciences）組長、現任中國科學院上海天文台研究員路如森（Ru-Sen Lu）表示，以前在不同的影像中，分別看到黑洞和噴流，但現在用新的觀測波長拍攝到了黑洞及其噴流的全景照片。周圍的物質被認為在吸積過程中落入黑洞，但之前沒有辦法直接對它成像。

路如森補充表示，這次用3.5毫米波長觀測，看到之前的環，發現它變大變厚，這說明新的影像中看到落入黑洞的物質，有產生額外的輻射，可以讓對黑洞附近的物理過程，有更完整的了解。

M87黑洞周圍發出的光是由高能電子和磁場間的相互作用產生，這種現象稱為同步輻射。在3.5毫米波長進行的新觀測，揭示了這些電子的位置和能量的更多細節。

中研院天文所研究員、GLT計畫主持人松下聰樹表示，GLT計畫從14年前開始，這是團隊將望遠鏡搬到格陵蘭，並在那裡重新組裝後的第一個科研成果。

中研院天文所研究員兼夏威夷運轉副所長陳明堂表示，將望遠鏡改造以適應極端寒冷的天氣並搬到格陵蘭島重新組裝，這對團隊來說是一個巨大挑戰，但天文所與中山科學研究院的工程師和技術人員，一起完成這一個目標。

台灣參與成員包括國立台灣師範大學、國立中山大學及國家中山科學研究院，經費來自中研院、國科會長期支持。

對M87黑洞的探索並未結束，因為一系列強大望遠鏡的進一步觀測將持續解開它的秘密。

韓國天文研究院、也是前中研院天文所博士後研究人員的朴鐘浩博士說，未來毫米波的觀測將探索M87黑洞隨時間的演化，並提供黑洞在電波波段的多種影像。

東亞天文台台長賀曾樸院士表示，由台灣主導的GLT和以台灣為重要合作夥伴的ALMA，所提供的資料提高了觀測靈敏度和解析度，從而導致這個新發現。

同時，也看出使用3.5毫米觀測的GMVA，比最初預期的要強大得多。

GMVA測得的環直徑為64微角秒，相當於太空人在月球上回望地球時，看到的自拍環形補光燈的大小（約13公分），比EHT用1.3毫米波長觀測到的直徑大50%，與該區域的相對論性電漿輻射相符。

此次黑洞吸積流及噴流成像則是，2018年阿塔卡瑪大型毫米及次毫米波陣列望遠鏡（ALMA）與格陵蘭望遠鏡（GLT）加入GMVA全球連線觀測的成果，由於加入這二座望遠鏡，使得跨洲望遠鏡連線分辨率和靈敏度提高，首度能在3.5毫米波長下對M87星系中心的環狀結構成像，強化了GMVA計畫的成像能力，跨國合作已成天文觀測研究趨勢。

今年東亞天文台的馬克斯威次毫米波望遠鏡（James Clerk Maxwell Telescope，簡稱JCMT）也已加入此陣列，利用ALMA-GLT-JCMT創造出的金三角，將成為全球VLBI陣列的基柱，未來計畫拍攝黑洞附近的影片，將能探索物質如何吸積到黑洞以及如何從黑洞附近噴發出來。