【記者林家慶報導】浩瀚宇宙中存在許多謎團，黑洞也包含在內。國立清華大學天文研究所教授江國興和清大天文所博士候選人張怡琪，日前發現一個非常罕見的中等質量黑洞（註一）候選人HLX-1，發表於《天文物理期刊》，並在7月24日被美國太空總署官網刊登，獲得國際重視，也離星系起源和演化的謎團更近一步。

註一：目前已知的黑洞主要有兩種，小質量黑洞的質量大約是十幾顆到上百顆太陽，而超大質量黑洞則可達上百萬甚至上億顆太陽，質量介於兩者之間的中等質量黑洞則缺乏資料。

在2019年以前，由於黑洞自身無法發光，人類只能藉由它們與其他天體的互動間接觀測，直到觀測技術進步後，才能透過數據建構出黑洞影像。然而黑洞的分布卻存在缺口，目前超大質量和小質量黑洞均有觀測紀錄，獨留質量居中的空缺，「（各種黑洞的數量）應該會均勻地分布，中間卻突然少了一大截。」張怡琪說，他表示小質量黑洞能在銀河系和衛星星系（註二）看到，超大質量黑洞則通常出現在星系中央，唯獨中等質量黑洞仍無出現規律，因而缺乏資料。

註二：受到引力影響而環繞另一個大星系的星系。

2012年，江國興偶然發現HLX-1發出異常強烈的X光，於是著手申請國際大型望遠鏡協助觀測，最終於2023年取得更精細的觀測資料。張怡琪補充2012年觀測時的情況，「被吸進黑洞的恆星碎片密度很高，碎片間快速摩擦的時候，溫度就會上升到非常高，可以到300萬度，剛好就是在我們X-ray波段可以看的。」他說明，該溫度與黑洞吞噬恆星時出現的溫度相吻合，因此展開研究。研究團隊運用哈伯太空望遠鏡、錢德拉X光望遠鏡，以及XMM-Newton望遠鏡，多重比對X光和可見光數據，觀測到黑洞吞噬恆星時才會出現的潮汐破壞事件（註三），再經過理論與模擬分析，層層排除其他可能性，確定這是一個中質量黑洞候選人。

註三：恆星接近黑洞時，一部分質量會被吸進黑洞，產生爆炸和輻射耀斑，並釋放出X光讓科學家能觀測到。

張怡琪說明，宇宙早期存在許多質量巨大的黑洞，由於小質量黑洞短時間內難以合併成超大質量黑洞，科學家因而推測是由數個中等質量黑洞合併形成，這份研究則為之提供了證據。然而，儘管從數據上發現了新的候選人，這份研究仍有許多需要驗證之處，張怡琪說：「同一個東西用不同觀測方式，可能得到不同結果。」，他補充因為儀器靈敏度限制、資料不充分，未來須以其他的觀測方式和直接的質量證據才能完全確定中等質量黑洞的存在。不過江國興表示，HLX-1的X光源是目前最亮的一個，取得的數據較佳，因此很有希望能被證實，也期待未來能透過更新穎的尖端科技，如雷射干涉天空射線望遠鏡（註四）等，收集不同形式的資料以推動研究。

註四：該計畫目前仍在設計階段，預計於2034年投入運行，到時將是人類第一座太空中的重力波天文台。

關於天文領域的發展，江國興表示台灣成果亮眼，但人力不足仍是硬傷，希望未來有更多學生對天文學產生興趣並投入，「我們有這個實力，但是人不多。」國立中山大學物理系副教授郭政育也說：「怎麼樣吸引更多學生參與黑洞研究計畫，把計畫持續下去是最重要的。」他認為，縱使政府願意投注資源，也有在國際嶄露頭角的天文學前輩，仍要透過國際合作彌補人才資源不足，才能做出更大的成果。