物質被黑洞吞噬前1毫秒光芒 Integral捕捉到
吳增煌
2011年3月29日 14:04
Integral觀測衛星捕捉到物質被黑洞吞噬前一微秒所放出的光。(圖／引用自臺北天文館之網路天文館網站)
生活中心／台北報導
歐洲太空總署（ESA）Integral伽瑪射線觀測衛星（Integral gamma-ray observatory）捕捉到極熾熱的物質在落入可怕的黑洞之前最後一毫秒（millisecond）所放出來的光。這個非常特別個觀測結果顯示了少部分物質從黑洞魔掌中逃亡的可能路線。（註：1毫秒＝千分之一秒）
由於黑洞超強的重力，距離黑洞表面數百公里遠的地方，物質和輻射會繞著黑洞形成一個巨大的漩渦；數量龐大的粒子落入黑洞時的速度幾近光速，使得它們的溫度高達數百萬度。通常，粒子跨越這個最後死亡之境的時間約1毫秒，僅是眨個眼的時間而眼，但仍希望有少部分粒子能逃離死亡魔掌，將這裡的訊息帶出來。
法國CEA Saclay的Philippe Laurent等人利用Integral觀測一個鄰近的黑洞候選者—天鵝座X-1，它其實是個X射線雙星（X-Ray Binaries，XRB），由一顆35倍太陽質量的O9型藍色超巨星和一顆質量約10倍太陽質量的黑洞所組成。這個黑洞正在撕扯它的伴星，從伴星那兒掠奪物質，在黑洞周圍形成吸積盤。天鵝座X-1是高能領域中，最亮的銀河系光源之一，是第一個發現的X射線雙星，也是X射線雙星中第一個以可見光波段確認的星體（1970年代早期），顯示黑洞在可見光波段和X射線波段在短時間內有變動現象。換言之，天鵝座X-1對黑洞的研究進展非常重要。
在Integral的觀測之下，Laurent等人現在終於知道：在物質落入黑洞前一毫秒的這個混沌區域有磁場穿越。這是科學家首度在離黑洞這麼近的地方確定有磁場存在。更重要的是：Integral料顯示這些磁場極具結構性，形成一個可讓某些粒子逃脫的通道，在黑洞兩極方向形成噴流。
由於噴流中的粒子是順著磁場方向以螺旋狀軌跡逸入太空，投奔自由，所以它們發出的伽瑪射線會受到磁場的影響而具有方向性，稱之為「偏振（polarisation或polarization）」。電波望遠鏡之前就曾觀測到黑洞周圍的噴流，但是無法看到這麼靠近黑洞的地方，無法得知噴流起源處的細節。這讓Integral的觀測成果顯得非常獨特。
伽瑪射線就像一般的光一樣，具有波動性，波的朝向就是它的偏振性。當一個快速運動的粒子沿著磁場螺旋前進，會產生一種稱為「同步輻射（synchrotron emission）」的光，這種光具有偏振特徵。正是因為這種偏振性質，Laurent等人才能利用它反過來發現非常靠近黑洞的地方仍具有磁場性質，否則受限於黑洞強大的重力，要在這麼靠近黑洞的地方找出任何現象或特徵都非常難。
Laurent等人累積7年的觀測資料，觀測總時數已經超過500萬秒，相當於連續曝光2個多月的時間。雖然Laurent等人還是不太清楚這些原本會被黑洞吞噬的物質到底怎麼逃脫並轉變成噴流的，但未來的繼續觀測，必定可以解開這個疑問。（文／引用自臺北天文館之網路天文館網站）