微重力透鏡下的愛因斯坦十字

愛因斯坦十字
西班牙瓦倫西亞大學(Universitat de València)天文物理學家E. Mediavilla等人精確測定了五十億光年遠的黑洞旁繞行的天體。這個工作的困難度,相當於從十萬公里之外測量一歐元硬幣上的起伏那般不易。

這個超大質量黑洞位在一個名為「愛因斯坦十字(Einstein Cross)」的類星體(quasar)中心。西班牙研究團隊偵測到黑洞吸積盤最內側之處,是到目前為止,測量過的這麼遠、範圍又這麼小的天體中最精確者。由於測量不易,因此這項成就,是透過OGLE和GLITP等微重力透鏡(gravitational microlensing)計畫分別經歷十二年和九年的努力才得以達成。

基本上,天文學家僅能偵測到發出大量輻射的明亮天體,或是能遮蔽背景其他星光的大型天體。微重力透鏡卻可應用在沒那麼亮或因太遠而難以用普通方式偵測的天體。其原理是:遙遠天體的光在前往地球的途中,若恰遇另一顆天體,這顆前景天體的重力就像是凸透鏡做成的放大鏡一樣,會使遙遠天體的光偏折,從而聚光或放大,讓天文學家得以偵測並研究這個原本遠且暗得不可見的遙遠天體。

類星體是非常小、非常遠,但會發射出大量輻射的星系,嚴格來說,應該是星系中央的超大質量黑洞。它們所發出的強烈能量來超大質量黑洞周圍以極快速度繞著它公轉、最後落入黑洞禁區的吸積盤物質。類星體Q2237-0305的吸積盤大小僅相當於我們的太陽系,但卻遠在50億光年外,所以天文學家只能透過微重力透鏡的方式來測量這個吸積盤的結構。

利用OGLE和GLITP等計畫的望遠鏡,取得了4幅不同的Q2237-0305吸積盤影像,並分析其亮度變化,藉此精確估算出吸積盤最內側區域的結構;此處是黑洞邊緣,也就是一般人熟知的黑洞事件穹界(event horizon),是最靠近黑洞、可以穩定軌道的地方。由這種方式獲得的訊息,可以進更深入地瞭解類星體的特性,而這也是解開星系形成與演化的關鍵課題之一。不過,僅有五百分之一的類星體可以利用微重力透鏡方式測量黑洞邊緣處的結構。

這些天文學家期望未來若計畫設置在智利北部的8.4米LSST(Large Synoptic Survey Telescop)如預期的在2022年能完成並開始運作的話,將可把微重力透鏡的偵測威力向上推昇,或許屆時可以偵測黑洞邊緣結構的類星體數量可達數千個之多,對研究類星體中心的超大質量黑洞邊緣結構的天文學家而言是個非常有利的消息。

【圖、文:節錄自台北天文館之網路天文館網頁】

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