臺北市立天文科學教育館

一個稠密且看不見的物體，其質量可能是太陽的數十億倍，同時被一個巨大旋轉盤和物質環包圍著，當它們聚集到中心時，會發出極耀眼的光芒，活躍的超大質量黑洞，可說是宇宙中最偉大的奇蹟之一，但這種結構究竟有多大呢？

人類首次，藉由近紅外光的探測揭露了一個巨大吸積盤的外圍質量，該黑洞屬於一個名為III Zw 002的類星體，位於獵犬座方向，距離地球約11.7億光年，從空間尺度的計算中得知，從吸積盤的最外圍到黑洞視界的距離約為52光日，這大約是9,048個天文單位，與之相較之下，冥王星到太陽的距離只有40個天文單位。

黑洞周圍的物質很難重建，雖然從前述的距離描述中你可能覺得它很大，但我們於它們之間的距離實在太過遙遠，從地球看來也就越小，很多細節其實無法得知，由於無法直接對天體成像，科學家使用的是發射光譜中的特徵來判斷。

發射光譜是當一個元素被激發時，在相對於電磁輻射的每一個頻率中，某些頻率的輻射強度增加的現象。元素中的電子被激發時，它會躍遷至能量較高的軌道上，而當這個電子離開激發態，返回低能量的軌道時，能量會被再以光的形式輻射出來，產生發射譜線，每一種化學元素都有各自不同的發射光譜，就如同指紋鑑定那樣，因此只要取得發射光譜，在既有的譜線圖鑑中一對應，科學家就能知道是哪種元素。

接著，請想像一下黑洞周圍的吸積盤就如同黑膠唱片的唱盤，你蹲下看著播放中的唱盤側面，圓盤的一部分向你移動，另一邊則離你遠去，這時即使是同一個元素在左右兩側也會產生兩種不同的發射光譜，向你移動的元素所發出的譜線會朝紫色或藍色方向位移，稱為藍移；離你遠去的元素所發出的譜線會朝紅色方向位移，稱為紅移；這是由於都卜勒效應而產生的譜線位移現象，這兩個同時出現的發射光譜會變成兩組相同卻錯位的現象，具體表現出來的形式就像是兩個突起的雙峰，過往科學家也曾探測到超大質量黑洞周圍的發射光譜雙峰，那些觀測結果都是源自於較靠近黑洞的中心，這稱為窄線區域，這對於吸積盤的整體資訊幫助不大，但這次來自巴西國家太空研究所的科學團隊所發現的是吸積盤的寬線區域。

圖說：吸積盤上的旋轉所形成的發射光譜雙峰現象。

第一個雙峰，是氫，它距離黑洞中心約為16.77光日；第二個雙峰則是氧，距離黑洞中心約18.86光日，從多個不同的光譜雙峰資訊得知，最外圍的光譜雙峰可以延伸至52.43光日遠，這個長度確實很長，尺度對我們來說也算很大，但科學家經由分析顯示，整個吸積盤的質量分布或密度相當一致，因此研究團隊在論文中稱其為「緊湊」，此一發現使我們對這個特殊星系中的吸積盤有更多瞭解，相關的研究發表於《天文物理學期刊通訊》上。（編譯／許晉翊）

資料來源：Science Alert