發稿日期:111年5月12日
自然科學及永續研究發展司 聯絡人：徐愛佳副研究員 電話：(02)2737-7985
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二見黑洞！中央研究院天文及天文物理研究所參與的「事件視界望遠鏡（Event Horizon Telescope, EHT）」國際合作計畫，於本（2022）年5月12日舉行全球同步記者會，公布銀河系中心超大質量黑洞[註1]的第一張影像，這也是人類史上看到的第二個黑洞。
本次黑洞影像取得是透過「事件視界望遠鏡計畫」全球8座電波望遠鏡連線，形成一個跟地球一樣大的虛擬望遠鏡[註2]，達到前所未有的高解析度。廖俊智院長表示，本院天文及天文物理研究所是EHT計畫主要成員，支援本次觀測其中3座望遠鏡的建造與運作，以及影像校正與成像。此成果也是繼EHT於2019年發布首張黑洞影像後，臺灣團隊再次扮演關鍵推手，展現全球頂尖的天文觀測實力。
解密銀河系中心的神祕天體：超大質量黑洞人馬座A星
銀河系中心是一個充滿神秘色彩的區域，過去十多年來，科學家已經觀測到裡面有一個看不見的超大質量緻密天體，名為人馬座A星（簡寫為Sgr A*）。2020年諾貝爾物理學獎得主－－德國科學家根策爾（Reinhard Genzel）、美國科學家吉茲（Andrea Ghez）長期追蹤研究銀河系中心恆星軌道運動，間接證實人馬座A星就是一個超大質量黑洞而獲獎。如今，這張照片成為揭開銀河系中心黑洞存在的「第一個直接觀測證據」。
本院天文所夏威夷運轉處資深科學家、EHT計畫科學家包傑夫（Geoffrey Bower）表示，「這次公布的影像捕捉到被強大的黑洞重力彎曲的光線，亮環大小也吻合愛因斯坦的廣義相對論」。本突破性發現有助於進一步理解銀河系中心，以及此巨大黑洞如何與周圍環境相互作用。
銀河系中心氣體擾動迅速 比觀測M87 難度更高
事實上，早在2017年，EHT就同時針對M87星系、銀河系中心的超大質量黑洞進行觀測。相較於距離地球5,500萬光年的M87星系黑洞，其質量約為太陽的65億倍；人馬座A星雖然離地球較近，約2萬7,000光年，質量約為太陽的400萬倍，但遠比觀測M87更加困難。
美國史都華天文台暨亞歷桑那大學天文系及資科所的EHT科學家陳志均（Chi-kwan Chan）解釋，兩個黑洞附近的氣體均以近乎光速在移動。由於人馬座A星比M87黑洞小了2千倍[註3]，氣體在比較大的M87黑洞軌道上繞一圈，需要數天甚至數週；但在小得多的人馬座A星軌道上，僅需短短數分鐘，其所造成的氣體擾動導致影像變化速度過快，「像在拍一隻追著自己尾巴跑的小狗」，很難取得清晰的照片。此也導致重建這張黑洞影像的難度比M87更高，需開發更複雜的校正技術及成像方法。
本院天文所紀柏特（Britton Jeter）博士比喻，「拍攝人馬座A星的過程，就像將一部電影總結為一張影像！」這些收集到的龐大觀測訊號必須透過世界各地的超級電腦運算，包含美國、加拿大、歐洲及臺灣，打造一個前所未有的黑洞模擬資料庫，與觀測結果作比對。最後透過多次模擬、調校，費時5年才得以成像，成功解開人馬座A星的黑洞謎團，讓世人真正看到這個「潛伏在銀河系中心的巨獸」。
兩個黑洞皆是環狀結構 具剪影及光環
根據廣義相對論預測，黑洞事件視界外的強大重力，足以彎曲光子的運動軌跡，在幾乎圓形的黑暗球狀陰影外，會有一圈明亮的光環。荷蘭阿姆斯特丹大學教授、EHT科學委員會副主席Sera Markoff表示，雖然M87與銀河系中心黑洞的質量與尺寸截然不同，「這兩個黑洞看起來卻非常相似」，皆具有黑洞剪影及光環的特徵。
本院天文所副研究員淺田圭一（Keiichi Asada）也認為，未來可進一步測試重力如何於此極端環境中作用，這是比較和對照兩個黑洞的絕佳機會。
天文突破性發現 臺灣深度參與
本院天文所研究員兼夏威夷運轉副所長陳明堂表示，本次公布的黑洞影像由全球8座望遠鏡共同完成[表1]，其中由本院負責運轉或參與建造的望遠鏡就有3座：「次毫米波陣列望遠鏡（SMA）」、「馬克斯威次毫米波望遠鏡（JCMT）」，及「阿塔卡瑪大型毫米及次毫米波陣列（ALMA）」，皆成為解開本世紀科學之謎的重要工具。而這種製作天文望遠鏡所需之電磁波信號偵測技術與超導元件，也能應用於量子科技研究。
科技部自然司羅夢凡司長指出，科技部參與國際科研合作，長期穩定支持ALMA，透過EHT串聯世界各地的電波望遠鏡，讓臺灣為全球基礎科學的發展，做出重要貢獻。
此外，包括中山科學院、臺灣師範大學、中山大學也大力支援，臺灣團隊深度參與，展現先進的科技與工程技術。
本院天文所研究員松下聰樹（Satoki Matsushita）回憶，EHT自2017年啟動黑洞計畫以來，天文所團隊即已投入其中，從 2017 年的初步觀測，到處理大量數據資料、分析及成像，是一段充滿挑戰和未知困難的漫長旅程，即使這幾年全球疫情爆發，仍持續進行國際合作。
本次記者會為EHT與本院、科技部共同舉辦，由廖俊智院長主持，並由參與計畫之本院天文所通信研究員賀曾樸院士、郭駿毅博士及臺灣師範大學卜宏毅助理教授進行簡報。包括科技部自然科學及永續研究發展司羅夢凡司長、國家中山科學研究院航空研究所齊立平所長、墨西哥駐臺辦事處馬丁‧托雷斯（Martin Torres）處長、高雄科工館陳訓祥館長等貴賓亦到場見證。
本次EHT黑洞影像觀測成果，集結全球上百個研究機構、超過300名研究人員共同參與。論文亦已於今年5月12日刊登在《天文物理期刊通訊》（The Astrophysical Journal），網址為：https://iopscience.iop.org/journal/2041-8205/page/Focus_on_First_Sgr_A_Results
[註1] 黑洞是個全暗的物體，光線不能從黑洞逃離。雖然我們看不到黑洞本身，但它周圍發光的氣體構成一個明顯的特徵：一個中心的黑暗區域（稱為「暗影」）及周圍的明亮環狀結構。
[註2] 這些望遠鏡之間透過一種稱為特長基線干涉（VLBI）的技術來協同彼此工作。這使世界各地的設備同步，並利用我們地球的自轉來形成一個巨大如地球的望遠鏡。VLBI這種方法使EHT達到20微角秒的解析力–這樣的視力，相當於能在巴黎路邊的咖啡館閱讀一份紐約的報紙。近年來，在IRAM NOEMA天文台、格陵蘭望遠鏡（2018年加入，本院從最初即參與建造）和基特峰望遠鏡的參與下，EHT的觀測靈敏度更顯著提高。
[註3] 黑洞是我們所知唯一質量與大小成正比的天體。一個半徑小1千倍的黑洞，質量也小1千倍。
圖1-首張銀河系中心黑洞照片（圖片來源：EHT Collaboration）
圖2-對銀河系中心黑洞成像（圖片來源：EHT Collaboration）
