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NASA 首製模擬片 解釋 M87 黑洞外引力活動

2019/9/30 — 12:50

圖片來源:NASA

圖片來源:NASA

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。

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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。

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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」。

 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Visualize a mind-bending black hole!?⁣ ⁣ The gravity of a black hole is so intense, it distorts its surroundings like a carnival mirror. ⁣ ⁣ Seen nearly edgewise in this visualization, the turbulent disk of gas churning around a black hole takes on a crazy double-humped appearance. The black hole’s extreme gravity alters the paths of light coming from different parts of the disk, producing the warped image. The black hole’s extreme gravitational field redirects and distorts light coming from different parts of the disk, but exactly what we see depends on our viewing angle. The greatest distortion occurs when viewing the system nearly edgewise.⁣ ⁣ Simulations like this one help us visualize what Einstein meant when he said that gravity warps the fabric of space and time.⁣ ⁣ Credit: @NASAGoddard/Jeremy Schnittman⁣ ⁣ #NASA #BlackHoles #Mesmerizing #Gravity #Space ⁣#Visualization ⁣

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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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