【科技．未來】黑洞首張影像只是開端　研究要如何走下去？

從來無人見過黑洞（black hole），卻幾乎公認黑洞存在。在理論物理學家愛因斯坦（Albert Einstein）1916年發表「廣義相對論」以來，一直只有「間接」證據證明黑洞存在，但上周終於打破僵局，在華盛頓、布魯塞爾、聖地牙哥、東京、上海、台北六個城市同步舉行的新聞發布會上，「事件視界望遠鏡」（Event Horizon Telescope，EHT）項目總監Sheperd Doeleman宣布：「黑洞是宇宙最神秘的東西，我們看到了本來以為看不到的。我們拍了一張黑洞照片。」然而，這張黑洞影像又回答不了甚麼問題？EHT團隊及物理學界研究黑洞的下一步又是如何？

上周多國同步發佈首張黑洞影像，引證了愛因斯坦提出的廣義相對論，在天體物理學理論上承先啟後意義極其重要。然而，是次觀察未能透視高深莫測的黑洞內部。Younsi指出：「黑洞不是事件視界，而是更裏面。可能是僅僅在事件視界之內，浮於該表面之下的某種東西，或是位於中心的奇點……或是一個環。照片仍未能解釋黑洞內部是怎樣的。」 Falcke補充：「對我來說，重大問題在於是否有朝一日可以超越這個限制。或許不可能，令人沮喪但也要接受。」

另一棘手之處是，今次觀察對黑洞質量的估算比以往利用運行氣體推測的數字大得多。若這表示舊有方法不再適用，科學家便需要找出原因。「我們以氣體動力學擴闊可接觸的星系種類，所以這可能是重要時刻，正確校準那個技術。」美國普林斯頓大學天體物理學家Jenny Greene說。正當新的數據有助找出黑洞質量，要找出M87事件視界延伸到多遠就較為麻煩。就如陰影或剪影邊界一般較模糊，照片中的黑圓亦然，到底它有多闊，取決於一些現時未知的參數，例如黑洞的旋轉速度、它在太空中確實的定向等。

在比利時布魯塞爾的記者會上，荷蘭拉德堡德大學天體物理學家Monika Moscibrodzka也說，現時的觀測未夠仔細，不足以量度M87黑洞旋轉得有多快，而這正是黑洞的重要特徵。她期望未來更多研究可幫助理解黑洞如何射出巨大噴流。加拿大麥基爾大學（McGill University）物理系助理教授Daryl Haggard則指出，科學家仍不清楚黑洞如何產生強大噴流：「噴流、風、外流，似乎它們推出物質與吸入物質同樣在行。」觀察光、物質及M87事件視界或有助科學家揭開這神秘過程。

拍到黑洞照片仍無法完全解答所有宇宙和重力問題。《紐約時報》宇宙新聞記者Dennis Overbye就指出，現時宇宙中滿布大大小小的黑洞，很多都是巨大恆星燃燒殆盡後塌縮而成，其他隱藏於幾乎每個星系的中心，比太陽大數百萬或數十億倍。無人知道這些龐大黑洞如何形成，是大爆炸的原始能量造成，還是在宇宙之初極龐大的恆星塌縮並吞噬周遭一切而形成？加拿大滑鐵盧大學（University of Waterloo）物理學家Avery Broderick在華盛頓的記者會上說：「我們知道一定有更多未知之數，黑洞只是我們尋找答案其中一處。」

事實上，EHT在2017年開始觀察時有兩個目標黑洞。除了M87星系的黑洞外，另一個是位於銀河系中心的「人馬座A*」，質量估計是太陽的400萬倍，與地球距離約2.6萬光年。現時EHT正生成該黑洞的照片。「希望很快有成品。」 Doeleman形容，人馬座A*的黑洞「迷人、有趣」，但它比M87那黑洞小得多，較難「拍攝」其照片。德國法蘭克福大學（Goethe University Frankfurt）理論天體物理學家兼EHT成員Luciano Rezzolla補充，該黑洞比M87的黑洞小近1,000倍，每次觀察時，圍繞它運行多次的物質會產生不斷快速更改而非穩定的訊號，令數據難以解讀，並有可能得到更龐大的資訊。

EHT團隊希望未來以更短波長拍攝，使用更多望遠鏡，並將其中一個置於太空，以增加「虛擬望遠鏡」的大小和像素。事實上，EHT網絡正持續擴大，去年4月就在格陵蘭增設了一支望遠鏡，並展開了另一次對M87和銀河系黑洞的觀察，收集數據是2017年那次的兩倍。這些數據未有隨是次照片成果公開，但將用作進一步確認和監測這兩個黑洞的行為。同時，EHT正籌集資金在非洲建立據點，以填補現有網絡的一大空缺。他們計劃把一個直徑15米、已退役的望遠鏡，由智利運到非洲南部納米比亞桌山（Gamsberg Table Mountain）。現時EHT已分別在格陵蘭和法國阿爾卑斯山增設了望遠鏡。

Doeleman表示，雖然拍攝黑洞照片過程艱辛，但能得到天文中最神秘物體的清晰照片絕對值得。他們的最終目標是要拍到黑洞的實時影片：「我們有信心由黑洞的定格影像進展到影片。我們不認為在未來十年會有任何物流問題足以限制我們。」沒有參與拍攝計劃的美國哈佛大學天體物理學家Andrew Strominger則希望，看到更多像M87一樣高速旋轉黑洞的細緻照片。據理論計算，若黑洞轉得夠快，會在時空形成蟲洞（wormhole），黑洞照片可助確認或反駁這些假設。Strominger期望未來有天，照片質素足以看到黑洞及其蟲洞：「這是科幻小說才有的事，我們將會看到。」

但對於物理或學術界以外的人，黑洞照片與日常生活有什麼關係？Overbye說：「它肯定可以為你日常生活提供背景脈絡，但它不會對市場有任何影響。它或許會觸動你的靈魂。然而，當愛因斯坦以廣義相對論形容他想像出的彈床宇宙時，並沒有想到它後來被用於你口袋中用作計時、精確告訴你在哪裏的設備，即是GPS（全球定位系統），但它們極之依賴廣義相對論（修正重力對時間作用）來告訴你在哪裏。所以有誰知道有什麼關係？」

重溫相關報道：【科技．未來】證愛因斯坦百年前理論　黑洞照片擴闊人類「視界」

上文節錄自第158期《香港01》周報（2019年4月15日）《引證愛因斯坦百年前理論　黑洞照片擴闊人類「視界」》。

《香港01》周報太空科技相關文章：衛星互聯網重臨　新太空競賽經已展開？互聯網衛星籠罩地球　加劇太空垃圾危機？

抗宇宙輻射　自製氨基酸　要咩基因先可以住火星？改造基因適應太空　你有無資格生存？

各界重返月球　是競賽還是合作？降低升空成本　貝索斯要太空探索遍地開花

更多周報文章︰【01周報專頁】《香港01》周報，各大書報攤、OK便利店及Vango便利店有售。你亦可按此訂閱周報，閱讀更多深度報道。

【第一屆武博】從李小龍到黃飛鴻，香港武術電影世界聞名，武博的「光影武林」隧道，以專業武術角度解構七套精選電影的武打場面，讓觀眾從大銀幕以外，真正了解武術的應用及背後理念。熱愛武術電影的你，必撐！5月3至5日，眼界．決定境界，九展見！按此立即購票或按此瀏覽武博專頁。