臺北市立天文科學教育館

事件視界望遠鏡（EHT）的新影像揭示了銀河系中心超大質量黑洞人馬座A*（Sgr A*）邊緣螺旋狀擴散的強大且有組織的磁場，這是首次在偏振光下觀察到，它的磁場結構與M87星系中心黑洞（M87*）的磁場結構驚人地相似，這表示強磁場可能是所有黑洞的共同特徵，這種相似性也暗示了Sgr A*中存在隱藏的噴流。

科學家於2022年公佈了Sgr A*的第一張圖像，Sgr A*距離地球約27,000光年，雖然Sgr A*大小比M87*小一千倍以上，質量也比M87*小一千多倍，但它們看起來卻非常相似。因此科學家想知道這兩個黑洞除了外型之外，是否還有其他共同的特徵，為了找到答案，研究小組決定使用偏振光研究Sgr A*。先前對 M87*周圍光的研究表明，這個巨大黑洞周圍的磁場使其能夠將強大的物質噴流發射至周圍環境，而Sgr A*所拍攝到的新影像也看似如此。研究人員表示在銀河系中心的黑洞附近存在著強大、扭曲、有組織的磁場，Sgr A*與更強大的M87*黑洞具有驚人相似的偏振結構，我們還了解到，強而有序的磁場對於黑洞如何與周圍的氣體和物質相互作用至關重要。

圖說：在偏振光下看到的M87*和Sgr A*的並排影像。圖片來源：EHT Collaboration

光是一種振盪或移動的電磁波，使我們能夠看到物體。有時，光會沿著某一偏好的方向振盪，稱之為「偏振光」。儘管偏振光圍繞著我們，但對於人眼來說，它與「正常」光是無法區分的。在這些黑洞周圍的等離子體中，圍繞磁場線旋轉的粒子會產生垂直於磁場的偏振模式，這使得天文學家能夠更清晰地看到黑洞區域中發生的事並繪製出它們的磁場線。研究人員表示透過對黑洞附近熾熱氣體的偏振光進行成像，我們可以直接推斷出黑洞吸食、噴射的氣體和物質流的磁場結構和強度，偏振光能讓我們更了解天文物理學、氣體特性及黑洞進食時發生的機制的知識。

但在偏振光下對黑洞進行成像並不像戴上一副偏振太陽眼鏡那麼容易，對於 Sgr A*來說尤其如此，它變化的速度如此之快，以至於無法靜止不動地拍照， 因此所使用的工具要比之前用於捕捉 M87*（一個更穩定的目標）來的更為複雜。中研院天文與天文物理研究所EHT計畫科學家Geoffrey Bower表示由於Sgr A*在我們嘗試拍攝它時會四處移動，因此即使是非偏振圖像也很難構建，第一張圖像是Sgr A*移動而產生多張圖像的平均值。我們鬆了一口氣，因為偏振成像竟然是可能的，有些模型過於混亂和動盪，無法建構偏振影像，還好大自然並沒有那麼殘酷。

這些在偏振光下獲得的兩個超大質量黑洞影像，其附帶的數據提供了比較和對比不同大小、質量黑洞的新方法，隨著技術的進步，這些影像可能會揭示黑洞更多秘密及其相似或差異點。研究人員表示M87*與Sgr A*的磁場結構非常相似，這一事實表示儘管質量、大小和周圍環境存在差異，但控制黑洞如何供應和發射噴流的過程在超大質量黑洞中可能是普遍存在的。這一結果使我們能夠完善理論模型和模擬，提高對黑洞事件視界附近物質如何受到影響的理解。

圖說：左圖：偏振光下看到的Sgr A*，可見線顯示偏振方向，此與黑洞陰影周圍的磁場有關。中間：由SOFIA捕獲來自銀河系中心的偏振發射。右後方： Planck Collaboration繪製的銀河系塵埃偏振發射圖。圖片來源：S. Issaoun, EHT Collaboration

自2017年以來，EHT已進行了多次觀測，並計劃於2024年4月再次觀測Sgr A*。隨著EHT配備新望遠鏡、更大頻寬和新觀測頻率，每年的影像都會有所改善，未來十年的擴展計畫將使Sgr A*的高逼真度電影成為可能，而這可能會揭示隱藏的噴流，並使天文學家觀察到其他黑洞中類似的偏振特徵。同時，將 EHT擴展到太空提供比以往更清晰的黑洞影像。EHT合作團隊在《The Astrophysical Journal Letters》期刊上發表了兩篇論文，分別為First Sagittarius A* Event Horizon Telescope Results. VII. Polarization of the Ring、First Sagittarius A* Event Horizon Telescope Results. VIII. Physical Interpretation of the Polarized Ring。（編譯／趙瑞青）

資料來源：Event Horizon Telescope