人類有望「直接觀測」超大黑洞 中研院+哈佛格陵蘭架望遠鏡

▲圖一,格陵蘭望遠鏡于格陵蘭空軍基地現況照片。(圖/翻攝自中央研究院官網,下同)

生活中心/綜合報導

位在北極、杳無人蹤的格陵蘭冰原,因爲大氣透明度高,是觀測宇宙的絕佳地點。中央研究院天文及天文物理研究所與哈佛大學「哈佛-史密鬆天文物理中心」(Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics,CfA)的天文團隊,克服北極酷寒冰雪,於2017年起成功架設格陵蘭望遠鏡,並在今(2018)年4月,參與國際大型黑洞觀測計劃,未來可望爲人類首次取得「超大質量黑洞」影像

格陵蘭望遠鏡是目前唯一一座位於北極圈內的次毫米波天文觀測站,本身是一個口徑12公尺的電波天線,並於2011年,由美國國家科學基金會等單位授予現在的天文團隊。在中研院天文所主導下,將望遠鏡重新改裝以適應酷寒環境,並搬遷到格陵蘭。它能與位於夏威夷的次毫米波陣列(簡稱爲SMA,中研院天文所與史密鬆中心的合作計劃)、James Clerk Maxwell Telescope(簡稱爲JCMT,由東亞天文臺運營,臺灣有參與),及位於智利的阿塔卡瑪大型毫米及次毫米波陣列(簡稱爲ALMA),形成一個接近地球直徑的陣列式望遠鏡。

中研院天文所與臺灣「國家中山科學研究院」攜手合作,於2016年在格陵蘭當地開始組裝(圖一),使望遠鏡更能適應日後在格陵蘭冰層酷寒氣候運作,並裝設一具由天文所製作的接收機系統(圖二)。目前望遠鏡位於格陵蘭美國空軍基地。未來預計安置於格陵蘭冰層最高點的「峰頂基地」,希望該地大氣中更低的水氣含量,能取得望遠鏡更佳解析力。中研院研究員明堂29日表示,格陵蘭望遠鏡4月開始觀測後就加入黑洞計劃,預計9月再進行下一次黑洞觀測。

▼ 圖二,中研院自制的86 GHz接收機。

格陵蘭望遠鏡計劃執行負責人、中研院研究員陳明堂表示,「在很短時間內,要在溫度經常低於攝氏零下30度的嚴峻環境中架好一座新望遠鏡,必須克服很多困難,而今它已成爲北極唯一的次毫米波電波望遠鏡。」

天文所團隊在2017年12月開始格陵蘭望遠鏡的調校作業,並於當月第一次接收到來自太空的電波訊號。在2018年初,格陵蘭望遠鏡與智利的ALMA進行同步觀測,從這兩個相距將近一萬公里的地點,觀測同樣天文目標,併成功獲得其間的干涉條紋。團隊中史密鬆天文中心(CfA)的科學家Nimesh Patel 表示:「獲得干涉條紋表示我們對格陵蘭望遠鏡的諸多期待已經成真,一切符合計劃。」CfA的格陵蘭望遠鏡資深專案經理Timothy Norton也表示:「我們現在可以宣佈,準備開始從格陵蘭探索宇宙了!感謝大家共同努力纔有今天,令人興奮。」

格陵蘭望遠鏡於2018年4月中加入「事件視界望遠鏡」(EHT)全球陣列計劃的觀測(圖三)。此計劃目標是透過全球各地衆多電波望遠鏡相連,形成高影像解析度的全球陣列,觀測星系中的超大質量黑洞,並進一步驗證愛因斯坦的廣義相對論。格陵蘭望遠鏡加入EHT觀測後,與夏威夷的SMA、JCMT、智利的ALMA及歐洲、南極等地的望遠鏡形成陣列,其影像解析能力比全世界最強的光學望遠鏡還高1,000倍,相當於從地球上清楚的看到月球上的一顆棒球

格陵蘭望遠鏡的計劃科學家、中研院天文所副研究員淺田圭一表示:「格陵蘭望遠鏡是國際陣列的重要新成員,它使該陣列的電波天線間距離能拉得更遠,取得更高解析力。我們很榮幸格陵蘭望遠鏡能加入這個具有歷史意義的計劃。」

格陵蘭望遠鏡部分經費來自科技部(原國科會)補助臺灣參與「阿塔卡瑪大型毫米及次毫米波陣列(ALMA)」北美的計劃。格陵蘭望遠鏡和智利的ALMA形成地球南北向的最長基線(約1萬公里),爲ALMA在「特長基線」觀測工作,提供一個重要、獨特的超長基線。

▼圖三,於EHT連線演習期間,工作團隊在格陵蘭空軍基地的格陵蘭望遠鏡控制室內合照,由左至右陳明堂(天文所)、Nimesh Patel(史密鬆天文臺)、劉冠宇(天文所/東亞天文臺)、淺田圭一(天文所)及西岡宏朗(天文所)。