科學重大突破！首度揭開黑洞「日冕」真實樣貌

王子 | 3 天前

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自由時報 2024/11/19 09:52 編譯陳成良／綜合報導

黑洞周圍物質環繞的圖示，突顯了在X射線光下明亮發光的日冕。（圖：NASA/Caltech-IPAC）

美國加州理工學院（Caltech）天文研究團隊運用最新X射線觀測技術，首度成功描繪出黑洞「日冕」的真實形狀。這項刊登於《天體物理期刊》（The Astrophysical Journal）的突破性發現，徹底改變了科學界對黑洞結構的認知。

就像觀賞日全食時，我們能看見環繞月球邊緣的璀璨光環（太陽日冕），黑洞周圍也存在著類似的高溫區域，稱為黑洞日冕。雖然太陽日冕在地球上看來稀薄得近似真空，但其溫度卻高達數百萬度，使其在日全食時清晰可見。然而，由於黑洞日冕通常被其他物質遮蔽，加上其光度常被吸積盤的強光掩蓋，使得科學家過去難以直接觀測這個神祕區域。

根據現有理論，活躍黑洞的結構包含三個主要部分：環繞黑洞的甜甜圈狀氣體與塵埃環、沿著黑洞旋轉平面的吸積盤，以及從極區噴發出的近光速粒子噴流。這種結構能解釋為何相同的活躍星系核（AGN）會因觀測角度不同而呈現出不同樣貌。在這個模型中，吸積盤最內層區域應存在一個極度稀薄但溫度高達設攝氏數十億度的超高溫區域，這就是科學家苦尋多時的黑洞日冕。

科學新聞網站《Science Alert》報導，研究團隊採用了類似觀測太陽日冕的巧妙方法。他們運用NASA的X射線偏振探測器（IXPE），觀測了多個被遮蔽黑洞，包括銀河系中的天鵝座X-1和X-3，以及大麥哲倫星雲中的LMC X-1和X-3。這些「遮蔽黑洞」的特點是，周圍的氣體和塵埃環會阻擋我們直接觀測到吸積盤，就像月球在日全食時遮住太陽本體一樣。

儘管無法直接觀測到黑洞日冕，但科學家發現，由於日冕溫度極高，會發射極高能量的X射線。這些X射線在與周圍物質相互作用後會發生散射，部分散射光最終進入觀測設備。透過分析這些散射X射線的偏振特性，研究團隊意外發現黑洞日冕並非如太陽日冕呈現球狀，而是採取與吸積盤相似的盤狀結構。

這項突破性發現不僅有助於科學家完善黑洞理論模型，更能幫助我們理解黑洞如何吞噬物質，以及遙遠星系中活躍星系核的運作機制。透過對黑洞日冕的深入研究，天文學家將能更全面地了解宇宙演化過程，以及黑洞在宇宙結構和能量運作中扮演的關鍵角色。研究團隊表示，未來將繼續利用更先進的觀測設備，深入研究黑洞日冕的物理特性，期待能揭開更多宇宙運作的奧秘。