中研院天文所助研究員淺田圭一與客座科學家中村雅德所領導的國際研究團隊，最近解開「黑洞噴流加速至接近光速」的謎題。
中研院發布新聞稿表示，該團隊運用高解析度的歐洲VLBI網（European VLBI Network: EVN）首度發現，在活躍星系M87中心之超大質量黑洞附近所產生的噴流在產生後如何加速到99%光速之噴流加速區，此項研究成果於2013年12月23日 發表於《天文物理期刊通訊》（The Astrophysical Journal Letters）。
中研院表示，由星系噴出的強力噴流是由離子化後的電漿所組成，其源頭可追溯到活躍星系中心（活躍星系核）緊鄰於超大質量（太陽質量的百萬至百億倍）黑洞的區域。某些噴流的範圍甚至可以長達千萬光年，遠比黑洞所處的星系本身更大，並且速度高達光速的99%以上。當高速運動的噴流行進方向幾乎平行於觀測者的視線方向時，觀測者會有噴流速度大於光速的錯覺。這樣的超光速運動，自1970年代開始，已由特長基線干涉儀（Very Long Baseline Interferometry, VLBI）觀測到。目前認為噴流的產生很可能和黑洞附近的磁場有關。
然而，噴流如何能被加速至接近光速，卻迄今未知，這是高能天文物理學家近40年來一直無解的問題。
觀察標的：巨型橢圓星系M87
中研院解釋，位在室女座星系團中的巨型橢圓星系M87，距離地球5,000萬光年，是距離我們最近的活躍星系之一，且其高速噴流延伸長達5,000光年。該星系中心，有個質量約為60億個太陽質量的黑洞，黑洞本身的大小（事件視界）有64個au（au是日地距離，一個代表地球和太陽間平均距離的天文單位）。
過去20年間，已經有VLBI甚大天線陣列（Very Large Array , VLA）和哈柏太空望遠鏡（Hubble Space Telescope, HST）等天文望遠鏡持續觀測M87的噴流運動在天空中的投影速度。先前的觀測現象顯示，在黑洞附近噴流剛開始產生的時候，速度並不快；但噴流速度卻在其下游處突然地增快。藉由近20年來的觀測資料加上歐洲VLBI網的觀測，如今終於由淺田圭一博士發現M87噴流的自行速度變化的失落環節。原來在距離黑洞約數十萬到數百萬黑洞大小的空間區域內，噴流不但有形狀上的變化（趨向束狀），還歷經了由低速（光速的1%）加速到高速（光速的99%）的過程。
該團隊仔細檢視噴流的結構和速度變化後，發現磁流體力學加速噴流的基本特性，更加鞏固地奠定以磁流體力學解釋噴流現象的理論基礎。儘管高速噴流在宇宙中既普遍又重要，然而 「噴流速度如何被加速到接近光速？」是高能天文物理學家近40年來一直無解的問題。過去一直認為，超大質量黑洞附近產生的噴流，是以接近光速的速度噴出，就像是槍膛射出的高速子彈，而此觀測的結果卻首度顯示噴流歷經從低速加速到光速的長期且漸進過程。
中研院天文所所長賀曾樸表示，中研院天文所透過國際合作所進行『格陵蘭望遠镜計畫』（Greenland Telescope, GLT），預計將一座12米望遠鏡放置在格陵蘭島三千公尺高山的峰頂上，2015年下半年可開始運作。格陵蘭望遠鏡將成為VLBI的成員之一，與其他望遠鏡共同在次毫米波段，用極高的角解析力來觀測M87星系巨大黑洞的剪影（其大小約為5個黑洞大小）和噴流發源區的圖像。幾乎是天文學解析力之極限。透過VLBI能達到多高的角解析力呢？可讓你在月球上清楚地看到地球上的小籠包。「這個深具挑戰的GLT計畫，於不久的未來將為世人捕捉到遙遠的黑洞。」
此期刊論文完整標題為「Discovery of Sub- to Superluminal Motions in the M 87 Jet: An Implication of Acceleration from Sub-relativistic to Relativistic Speeds」。全文刊載於《天文物理期刊通訊》(The Astrophysical Journal Letter)。論文作者依序為淺田圭一（中研院天文所）、中村雅德（中研院天文所），土居明広（ISAS宇宙航空研究開發機構/JAXA宇宙科學研究所），永井 洋（日本國立天文臺）和井上 允（中研院天文所）。
▲ 活躍星系中心的超大質量黑洞能噴發極強大的噴流。噴流的範圍遠超過宿主星系本身，且速度能大於光速的99%，逼近速度極限。過去40幾年來，天文物理學家一直希望能了解噴流速度是如何加速到接近光速的。（圖文提供：中研院）
▲這張將三種不同特長基線干涉儀（包括MERLIN、EVN、VLBA）觀測結果合成在一起的圖像顯示出，一道噴流從M87星系中心約60億個太陽質量的黑洞噴出。中央研究院天文學者最新觀測結果首度揭示，原來噴流加速至接近光速99%是連續的長期過程。（圖文提供：中研院）
【相關網站】
- http://iopscience.iop.org/2041-8205/781/1/L2/article
- “The Structure of the M 87 Jet: A Transition from Parabolic to Conical Streamlines”, K. Asada （ASIAA） & M. Nakamura （ASIAA）, 2012, The Astrophysical Jornal Letters, 745, 28 http://iopscience.iop.org/2041-8205/745/2/L28/
- “The Parabolic Jet Structure in M 87 as a Magnetohydrodynamic Nozzle”, M. Nakamura （ASIAA） and K. Asada （ASIAA）, 2013, The Astrophysical Jornal, 775, 118 http://iopscience.iop.org/0004-637X/775/2/118/
