【天文】黑洞

去年2019年NASA公布了人類首張黑洞的照片，雖然很模糊也很醜，但這張照片可是動員了全世界最頂尖的天文台，加上花了數年的時間，再加上數個頂尖數據處理團隊才弄出來的！

集結了位在世界各地的天文台望遠鏡或陣列，組成一個相當於地球直徑大小的望遠鏡，然後蒐集數據到2017，超過上兆位元的資料，再花整整兩年的時間，由四個頂尖的團隊分別去模擬計算，斗p過後合成出來的狂照，令人頗感敬畏。

圖一、人類首張黑洞照片M37

下面就讓懵小姐來整理一下這次科研新發展的相關資訊吧！

（其實是教甄考古題寫到，然後沒想到我居然答不出來，一個氣到，決定把他詳細記錄下來，下次再忘記可以立馬翻來看）


黑洞不是應該連光都逃不出來的嗎？

是的，黑洞的中心會產生一個體積無限小、質量無限大的奇點，吸收所有一切，連光都逃不出來，所以我們沒辦法直接看到黑洞的中央，周圍倒是可以試試看。

黑洞的結構由內到外，大概可以分成：

1. 奇異點Singularity：物質塌縮在一個體積幾乎無限小的地方，因此密度接近無限大。所有物質及能量皆被吸收，代表著死亡與結束。
2. 事件視界Event Horizon：物質與能量不能逃出的最大邊界，事件視界之外，物質有機會跑出黑洞，事件視界之內連光都逃不出去，為真正意義上的黑洞。
3. 光球層Photon Sphere：雖然黑洞中光逃不出去，是黑暗的，但周遭的吸積盤、噴流會發出強烈電磁波（光），並且此光受到中央很強的重力吸引，開始以圓球狀運動，集中在事件視界之外，此層的最內圈稱為「最內側穩定軌道」（Innermost stable orbit）。
4. 噴流Relativistic Jet：當天體或塵埃被黑洞吃掉時，會有部分物質從黑洞的兩極拋出，速度接近光速，並且可以抵達數千光年外的地方。
5. 吸積盤Accretion Dise：一群很熱的氣體或塵埃，高速繞著黑洞旋轉，因此向外發出電磁波，恰好接露了黑洞的存在。

圖二、黑洞結構

因此，在事件視界以外，光是有可能跑出黑洞的，包含噴流拋出的高速粒子，或是吸積盤中發出的電磁波，這就是個很好的觀測部分。

地球大小的望遠鏡？

這其實是很厲害的技術，利用分布在全球的天文台，透過干涉技術將得到的影響進行合成，最終組成一個口徑接近地球直徑的望遠鏡，參與的天文台如下（引用自國家地理雜誌）：

A：亞歷桑那無線電波天文臺（Arizona Radio Observatory）的次毫米波望遠鏡（Submillimeter Telescope）
B：詹姆斯．克拉克．麥克斯威爾望遠鏡（James Clerk Maxwell Telescope）、次毫米波陣列（Submillimeter Array）
C：大型毫米波望遠鏡Alfonso Serrano
（Large Millimeter Telescope Alfonso Serrano）
D：亞他加馬探路者實驗（Atacama Pathfinder Experiment）、阿塔卡瑪大型毫米及次毫米波陣列望遠鏡（ALMA）
E：南極望遠鏡（South Pole Telescope）
F：IRAM 30米望遠鏡（IRAM 30-meter Telescope）

圖三、參與拍攝洞的天文台分布

合成的過程中，為了避免演算法的失誤或模擬的誤差，此次是分別交給四個不能互相交流的團隊進行模擬，最終得到的圖片居然相似，以此來推測黑洞實際的樣子。建立了地球大小口徑的望遠鏡後，對於觀測宇宙中的未知天體很有幫助，舉例來說，可以用此法去觀測其他黑洞，了解宇宙中的奇蹟，拓展人類的知識極限！


參考資料｜
https://www.natgeomedia.com/science/article/content-7930.html
https://www.eso.org/public/images/eso1907h/