越黑越神秘的黑洞，永遠對好奇的人們有著致命的吸引力。這次關於「超大質量黑洞」的
最新研究，到底有著什麼樣的科學意涵？

重點提要

■黑洞的理論研究已有成果，然而科學家至今還是只能以間接的方法觀測。
■最近登上《自然》的超大質量黑洞觀測成果，引起了媒體的關注與社會大眾的好奇。
■這項研究探討的是黑洞質量估算法的修正，以及黑洞形成與星系演化之間的關聯。
每每提到黑洞，無論是專家或一般民眾，總是會眼睛一亮，因為，它很「黑」！在精神層
面，它的黑讓好萊塢成就了無數佳作，滿足了人們的心靈，卻仍讓人意猶未盡；在科學層
面，它的黑則讓科學家費盡了無窮心力，卻仍難掌其邊，空留餘嘆。既然如此空黑，那它
會不會其實是空談一場，是否將成為科學史上，另一則科學家押錯寶、行錯路的故事呢？
黑洞一詞及概念雖然由來已久，但其科學內涵卻直到愛因斯坦提出相對論後，才得以落實
。近一個世紀以來，黑洞的理論探究早已開花結果，最有名的成果之一，便是主張「黑洞
會發光」的霍金輻射理論，這是一個將相對論與量子論整合應用成功的例子。然而在觀測
方面，卻仍無可拍板之鐵證，每每有人問及「黑洞是否真的存在」，我總是回以「目前尚
無定論」，接著便須面對種種黑洞觀測報導的挑戰，而我只提醒：目前為止，尚無科學家
因「發現」黑洞而獲得諾貝爾獎。何故？因為黑洞之所以名「黑」，是由於它原則上不發
光，所以看不到，而霍金輻射理論所預測的黑洞光線，至今也仍未得到觀測證實，否則霍
金早就獲得諾貝爾獎了。

這樣的論點固然掃興，但科學家畢竟就是有過人的毅力，能將這股永不放棄的精神，轉化
為人類文明演進的原動力！史上有數不清的重大發現與突破，都是在歪打正著的情況下發
生的，而若不一直「打」的話，就永遠不會「著」。因此，黑洞的研究，尤其是觀測上的
驗證，應該要繼續下去，也會不停繼續下去，直到我們獲得令人信服的結果為止，無論是
肯定或是否定的。

近年的黑洞觀測，最具新聞性的莫過於2011年底刊登在著名國際期刊《自然》上的一項成
果：〈在兩個巨型橢圓星系中各發現一個約百億太陽質量的黑洞〉（Two
ten-billion-solar-mass black holes at the centres of giant elliptical galaxies
）。此文引起許多媒體的報導，因為這兩個黑洞約莫是文獻中已發現黑洞中的最大者，質
量皆約為太陽的100億倍！這項研究是由來自台灣、目前任教於美國加州大學柏克萊分校
的馬中珮所領導的團隊，經過長達四年的探索完成的。

各媒體的報導中，在在強調這是目前史上所見「最大」黑洞，然而這並不是該論文所要強
調的重點，也不是其主要的科學貢獻，這點可由論文標題及全文中皆未見「最大黑洞」字
眼看出。再者，在科學觀測上要主張是最大並不容易，因為每項量測數據中都潛藏著誤差
，而作者們也都很負責地指出了這點，只是媒體為了提升該報導的新聞性，大多選擇視而
不見。以下就讓我們還原一下該論文的原貌，並看清其中真正的科學價值吧！

超大質量黑洞真正的科學意涵

黑洞目前在觀測上皆不可見，所以其存在及質量都得仰賴間接的方法來估算。這些間接方
法中最直接的，是利用繞行於黑洞附近的恆星或星際雲氣團軌跡，來推測出黑洞的存在、
位置以及質量，就好比我們可以利用太陽系裡各行星的繞日運動，來推算太陽的質量，而
在黑洞的情況，常是看到數個恆星繞著一個看不見的中心運行。

用該方法推估出來的黑洞質量，在學理上被公認是較準確的，但要看到恆星繞行黑洞的現
象，必須要累積多年的觀測資料、黑洞質量要很大、且該黑洞距離我們夠近等條件同時成
立，才有可能，否則根本看不出其周圍的恆星有在移動。最有名的案例便是利用近20年的
觀測資料，估算出在銀河系中心的人馬座A*位置上，有一質量約為400萬太陽質量的黑洞
。
然而一般臆測，質量很大的黑洞大多存在於星系的中心，所以上述的人馬座A*黑洞大概是
我們在自身所處的銀河系中所能見到的唯一案例，其他的大黑洞就只能往遙遠的外星系去
尋找了。

由於距離遙遠，通常已無法觀測到這些外星系核心處的單獨恆星軌跡，但可藉由光譜儀，
透過都卜勒效應，來觀測核心處不同區域的恆星群和我們之間的相對運動，也就是在觀測
核心處不同區域的光譜時，會看到混雜的紅移與藍移現象，進而推估出該區域中各恆星速
率相對於總體平均速率的分散範圍（velocity dispersion）。這個速率分散範圍和這些
星光的光度，都會隨著中心黑洞的質量以及恆星的質光比（mass-to-light ratio）而改
變，所以只要利用電腦事先模擬，產生出一個恆星群速率分散範圍及其光度隨黑洞質量及
恆星群質光比改變的模擬資料庫，便可將觀測到的資料拿來比對，推估出黑洞的質量，和
其周圍恆星群的質光比。

馬中珮的團隊便是使用這個方法來估算黑洞的質量，得到的結果是：NGC3842星系核心的
黑洞質量在72~127億太陽質量之間（中心值約為97億），而NGC4889星系（即離我們很近
、著名的后髮座星系團中最亮的星系）核心的黑洞質量為60~370億太陽質量之間（中心值
約為210億）。以上的誤差範圍具有68%的統計重要性（統計上稱為68%的信心水準），也
就是科學家有68%的信心認為黑洞的質量是介於上述的範圍內。而這些範圍的下限，並沒
有遠大於2011年另一團隊在M87星系中量測到的63億太陽質量黑洞。

【欲閱讀完整的豐富內容，請參閱科學人2012年第121期3月號】

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