圖片來源:NASA

NASA 首製模擬片 解釋 M87 黑洞外引力活動

今年 4 月 10 日,事件視界望遠鏡 (Event Horizon Telescope ,簡稱 EHT) 無線電望遠鏡網絡團隊公布人類有史以來拍到的第一張「黑洞照片」。雖然被稱為「照片」,但該圖拍下的其實是距離地球 5,500 萬光年,質量是太陽的 65 億倍,鄰近室女座星系團 (Messier 87) 的黑洞附近天文數據,再以多個演算法製成連貫圖像,像素仍然非常低。

上周四美國太空總署 (NASA) 就釋出模擬影片,讓大家能以高解像度動態欣賞 M87 黑洞。NASA 指,影片可以顯示出黑洞的重力如何像哈哈鏡一樣扭曲周圍的物質。

Credits: NASA’s Goddard Space Flight Center/Jeremy Schnittman

在該黑洞中,被吸入的物質會被一個薄而熱稱為吸積盤 (accretion disk) 的結構中收集。黑洞的極端重力會使吸積盤不同區域發出的光產生歪曲,從而產生見到的橙紅色變形外觀。

隨著磁場攪動的氣體纏繞並扭曲,吸積盤中明亮的結 (bright knot) 會不斷形成再消散。最靠近黑洞的位置,氣體以接近光速的速度運轉,而較外部位置的氣體則旋轉得較慢。這種差異拉伸和切斷該些結,在吸積盤中造成一道道光與暗「跑道」。

 

 

NASA 指,從側面看的話(文首圖)該吸積盤在左側看起來比在右側看起來更明亮。因為根據愛因斯坦的相對論效應,左側的發光氣體向我們移動的速度快,使其亮度較高,而右側從流走的氣體會略微變暗。然而,從正面看吸積盤時,這種不對稱性會消失。

最靠近黑洞的地方,扭曲光線的引力之大,讓我們可以看到吸積盤的底部有一個有黑洞輪廓的明亮光環。這個所謂的光子環 (photon ring) 由多道環構成,是光在環繞黑洞兩次、三次、甚至更多次之後,得以「逃過」黑洞被人觀測到的扭曲影像。由於影片模擬的黑洞是球狀,因此光子環在任何角度觀測也近乎圓形,並且從任何角度看都是相同的。

光子環內部的是黑洞影子,其面積大約是事件視界大小的兩倍。事件視界又稱黑洞邊界,是所有進入黑洞前所能傳遞資訊的臨界點,一旦超越邊界,任何資訊都不可能被黑洞外的宇宙所探知。

製造這個模擬的 NASA 戈達德太空飛行中心研究天文學家 Jeremy Schnittmann 補充,模擬幫助學界了解愛因斯坦所說的重力扭曲時空結構。

來源:
NASA, NASA Visualization Shows a Black Hole’s Warped World, 26 September 2019

文/Alan Chiu 、審核/Edward Ho

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