臺北市立天文科學教育館

由中央研究院天文及天文物理研究所主導的「格陵蘭望遠鏡」，加入「事件視界望遠鏡」（簡稱EHT陣列）聯合觀測，於2018年4月再次觀測了Ｍ87星系中心的超大質量黑洞。該研究在1月18日公布，將2018年觀測結果與2017年相比，驗證黑洞光環與2017年所觀測的大小相同，符合廣義相對論的預測，也證明黑洞暗影持續存在。這一成果於18日刊登在《天文與天文物理》（Astronomy & Astrophysics）國際期刊上（Akiyama, K., et al. 2024）。而中研院天文所也舉辦了一場「探索虛空 -- M87 黑洞一年演化之謎」的公開科普演講，告訴大家M87黑洞的最新研究發表。       

格陵蘭望遠鏡是一項由臺灣主導的國際合作計畫，於2010年正式啟動，並在2018年建造完成後的5個月內加入EHT陣列觀測。該望遠鏡位於北緯76度的北極圈內，是全球最北端的電波望遠鏡。參與此次研究的臺灣團隊成員包括中央研究院天文及天文物理研究所、國立臺灣師範大學和國立中山大學。

在2017年，EHT陣列首次捕捉到了黑洞的影像，研究團隊成員包括中央研究院天文及天文物理研究所，為黑洞直接成像的時代開啟新頁。這一物體是位於巨大橢圓星系Ｍ87中心的超大質量黑洞，距離地球約5500萬光年。透過影像，我們看到一個明亮的圓形環，其中環的底部顯得較為亮眼。進一步對數據的分析還揭示了黑洞在偏振光中呈現的結構，這使我們更深入地了解了磁場的幾何結構以及黑洞周圍電漿體的性質。

圖說：EHT團隊在2021年3月公布M87黑洞的偏振光影像（左圖）與理論模型（右圖）的比較。其中左圖的條紋代表光的偏振方向。圖片來源：中研院

為了實現對超大質量黑洞更深入的科學瞭解，EHT陣列一直在不斷發展。中研院主導的格陵蘭望遠鏡於2018年首次加入EHT陣列，僅在其於北極圈上方的建造完成五個月後。格陵蘭望遠鏡的參與顯著提升了EHT陣列的觀測覆蓋率，尤其是在南北方向上的範圍。此外，位於墨西哥口徑50公尺的大口徑毫米波望遠鏡也首次完整參與觀測，進一步提高了EHT陣列的靈敏度。EHT陣列還升級至在230 GHz附近的四個頻帶進行觀測，相較於2017年只有兩個頻帶。

圖說：格陵蘭望遠鏡。圖片來源：中研院天文所

這次格陵蘭望遠鏡參與EHT陣列觀測是個重要里程碑。以全新的資料證實M87黑洞周圍的光環，以及被光環圍繞的中央「黑洞暗影」，正如廣義相對論所預測的。2018年拍攝的M87黑洞影像與在2017年看到的非常相似。根據廣義相對論的預測，M87黑洞的質量和距離在人類一生中不會顯著增加，因此觀測到的光環的直徑應該年復一年保持不變。從2017年到2018年的影像中測得到黑洞影像大小的穩定支持了廣義相對論能很好地預測M87黑洞的樣貌。

圖說：事件視界望遠鏡2024年1月18日釋出了M87黑洞的最新影像（右圖），影像是根據2018年4月的觀測數據製作的，距離2017年4月的首次觀測（左圖）相距一年。在這兩幅影像中，黑洞暗影持續存在，而黑洞周遭的樣貌亦隨時間有所變化，都符合廣義相對論的理論預測。

值得注意的是，儘管黑洞暗影的大小在2017年和2018年之間沒有改變，但環周圍最亮區域的位置卻發生了顯著變化。這一明亮區域逆時針方向旋轉約30度，這顯示此黑洞四周環繞它運行的物質有所移動，這與研究團隊對黑洞周圍流體物質運動的理論理解一致。（編輯 / 段皓元）

更多詳細資訊請參閱：

Enent Horizon Telescope: M87* One Year Later: Proof of a Persistent Black Hole Shadow

中央研究院新聞稿：M87黑洞最新影像 證明黑洞暗影持續存在