【解密黑洞】荷蘭低頻陣列電波望遠鏡 發現30萬個未知星系

麥浩禮 2019年02月21日 07:01:00

LOFAR低陣列光波望遠鏡發現30萬個未知星系。(取自LOFAR )

當我們抬頭仰望星空,點點的星海總感嘆人類的渺小,科學家數百年來一直努力不懈,不斷探索這片星空黑暗的背後所埋藏著未知秘密。

 

2010年荷蘭科學家宣布擁有世界上最大型,屬於低頻陣列(Low Frequency Array,LOFAR)電波望遠鏡後,2019年2月18日發布一張包含了過去從未發現30萬個星系的夜空地圖,當中有大量使用光學儀器無法看到的星體。研究人員表示,低頻觀測技術可以讓科學家觀察星系是如何演化外,亦能找出神秘黑洞從形成,發展的過程,對當代天文學提供了革命性嶄新視角。

 

 

LOFAR立大功

 

一般民眾要觀看星空,可能會買一隻天文望遠鏡,透過放大觀察星體,想看更遠的,或者登上美國國家航太總署(NASA)網站,點擊位處地球軌道上的哈伯太空望遠鏡(Hubble Space Telescope)專頁,觀看它所拍攝的光學影像。

 

但是不論肉眼或拍攝,星體都必須藉由可見光才能在黑暗的宇宙中顯現出來。各國科學家開始發展出搜集電波、紅外線、紫外線以及X射線的儀器,隨著LOFAR發展開始成熟,人類觀看太空探索有更新,不同形式且更深層次的方法。

 

 

LOFAR由Astron荷蘭電波天文學研究所主導,集合全球18個國家,200多位天文學家研發的超大型電波望遠鏡技術,LOFAR的主設施位於荷蘭小城市阿森,荷蘭共有48個站台,有5個位於德國,3個位於波蘭,至英國、愛爾蘭、瑞典、法國則各有一個。

 

LOAFAR共擁有2.5萬小型天線裝置,從不同的地台搜集低頻電子訊號,並將其數碼化,傳輸到中央數碼處理器處理,再在軟件中進行重組,「拍攝」成一幅幅清晰銳利電波圖像,成為一個跨國家,直徑1300公里的望遠鏡。透過LOFAR從各國獲取的低頻數據,圖像質素比一般的望遠鏡更清楚。以上影片則為技術團隊將數據轉化為3維空間,釋出一部分範圍讓民眾觀看。

 

位置荷蘭的低頻陣列電波望遠鏡。(Google Map)

 

觀察宇宙的全新窗口



LOFAR是次釋出的圖像僅是獲得數據量中10%,根據數據結果映射出30萬個電波源(radio source),而每一個光源很有可能等如一個星系,這些星系所散發的低頻訊號很可能已在宇宙「走」了數十億光年才來到地球,換言之,這張夜空地圖所看呈現的,可說是宇宙從過去到現在已消亡或現存星系的一部分作合併總結圖。

 

2018年6月,義大利國家天體物理研究所(INAF)宣布將會加入望遠鏡項目,並在博洛尼亞建設LOFAR站台,加入觀測星像的行列,同時獲得LOFAR的珍貴資料,中國在2018年發射的嫦娥四號探器器中,便與LOFAR合作,與首次成功降落在月球背面上的探索器所携帶的低頻射電頻譜儀作測量實驗,並進行43至46萬公里的特長基線干涉測量(VLBI)實驗。

 

 

參與項目的巴黎天文台研究學家塔斯(Cyril Tasse)直言,當成功產出第一張圖像時,所看到的東西讓他驚呼起來「這是什麼東西,跟我們平時看的星體圖完全不同!這是觀察宇宙的全新窗口」。

 

德國漢堡大學教授偉爾伯(Amanda Wilber)則表示,「透過電波觀測,我們可以深測到星系與星系之間存在的星際物質所散發的輻射,LOFAR可以讓我們檢測更多的來源,暸解他們究竟是什麼東西」。

 

目前天文研究中,所得出當黑洞吞噬恆星或氣體雲時會發出輻射,由於沒有任何物質包括光都沒有辦法擺脫黑洞的引力,成了當代天文學家的渴求研究的迷團。塔斯表示,透過LOFAR可以在不同時間進行「拍攝」的相片中,得出黑洞的形成及演化過程。

 

「如果我們檢測到有一個活躍的黑洞,可能實際上吞沒星體的過程已距離現今千百億萬年,所發出的輻射早已消失,單純要光學儀器根本看不出來,但那些低頻訊號可以殘留數億年,研究人員可以從中看到星體被吞噬的「歷史」過去,同時過程中所散發出來殘餘「古老」電子。

 

 

盼理解大爆炸

 

科學家自1990年代發射哈伯望遠鏡所拍攝的相片回傳後,便相信宇宙或有1000億個星系,不過以現今的傳統天體觀察根本無法深測及證實相關想法。LOFAR所拍攝得出的地圖,將一部分資料放在天文學及天體學物理學報(Journal of Astronomy & Astrophysics)中,容量已相當於1000萬張DVD光碟,然而這個部分僅佔整個星空的2%。

 

地圖發布後,英國天文學家將接手重新處理數據,以將分辨率提高20倍。雖然製作地圖,以及軟件開發需要花上巨大的投資,但研究機構所在地赫特福德大學(University of Hertfordshire)教授哈德卡爾(Martin Hardcastle)認為,「回報將是前所未有的數據量,使我們能比從前更能詳細研究星系活動變化」。

 

不過,這一次的成果僅是LOFAR研究的第一部分,研究機構目前已發表26篇論文,團隊最終希望製作在地球北半球所看到的星空製成高分辨率的超精細圖像,預料最終將可發現1500萬個電波源,並希望藉此理解經過宇宙經過大爆炸(Big Bang),渡過黑暗時期(Dark Ages)後究竟第一位星體是如何發光以及星系是如何形成,進而令宇宙滿布星體的過程。

 

塔斯預計「宇宙中最古老的物體應該約有11億至12億光年,我們透過LOFAR可以看到更多」。

 

 

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