原始新聞
一個由國際天文學家組成的研究組向公眾展示了黑洞吞噬一個恒星的照片，圖片上的景象非常壯觀�？茖W家說，這顆“倒霉”的恒星在飛進一個黑洞時，在黑洞巨大的引力作用下變形，被肢解和被黑洞部分地吞沒了。這個黑洞位于RXJ1242-11星系中心，距地球七億光年。這個黑洞的質量是太陽的一億倍。科學家相信，圖中的恒星與我們的太陽差不多大，它在運行中受另一顆恒星的影響，“不慎”被黑洞俘獲。
名詞解釋
黑洞這是理論預言的一種天體，空間的強引力區(qū)域，其脫離速度等于光速，因不會有光輻射逸出而得名。其基本特征是：具有一個封閉的視界，外來的輻射和物質可以進入視界之內，而視界內的任何物質都不能跑到外面。視界就是黑洞的邊界。觀測表明，在某些星系的核心可能有質量為108-109太陽質量的大型黑洞。迄今為止還沒有直接尋找到黑洞。
“黑洞”是根據廣義相對論預言存在的天體，它憑著自身的引力把空間中的一切“禁閉”起來。黑洞的大小若用質量相比較的話，那么具有太陽質量的黑洞，其半徑只有3公里。黑洞把一切物質吸入，連光都不可能逃逸。巨大黑洞的起源之謎直到今天仍包裹在重重迷霧之中。黑洞是如何越變越大的，巨大黑洞與星系的誕生和演化又具有怎樣的關系，需要解釋的疑問還很多。
釋放千萬倍于太陽的能量
2004年2月中旬，天文學家通過美國國家航空航天局的錢德拉天文望遠鏡和歐洲的XMM牛頓X射線望遠鏡分別觀測和證實了哈勃太空望遠鏡發(fā)現(xiàn)的罕見天文現(xiàn)象。黑洞理論雖然形成多年，但是由于黑洞不能被直接觀測到，所以天文學界對黑洞的存在一直處在理論的水平上。這是科學家首次觀測到恒星被黑洞肢解的情景，證實了該理論的正確。而這一特殊天文現(xiàn)象在一個星系中發(fā)生的概率是1萬年一次。
不久前，日本京都大學的一個研究小組使用X射線觀測衛(wèi)星發(fā)現(xiàn)M82星系內的一個天體，從非常有限的空間發(fā)出大量X射線，這個天體主要放射3000電子伏特的高能X射線，其光度達到太陽全部光度的千萬倍。
為了搞清這個天體的真實面目，科學家立即著手進行了反復達9次的觀測，對可信數據的分析結果表明，這個天體在短短幾天的時間里，其光度就發(fā)生了幾倍的變化。這個天體光度的變化情況被美國麻省理工大學和內華達大學的科學家同時觀測到。它的光度變化的直接原因目前還無法確定，但是卻為科學家了解這一奇異天體的本來面目，提供了極其珍貴的數據，因為根據這些數據能夠算出這個天體的大小，它的直徑約為太陽與地球距離的數十倍，也就是說，它的大小充其量相當于太陽系。從如此小的區(qū)域內居然能夠釋放出相當于太陽1000萬倍的能量，從現(xiàn)代物理學可知其惟一的可能就是黑洞。
不可思議的天體???黑洞
“黑洞”是根據廣義相對論預言存在的天體，它憑著自身的引力把空間中的一切“禁閉”起來。黑洞的大小若用質量相比較的話，那么具有太陽質量的黑洞，其半徑只有3公里。黑洞把一切物質吸入，連光都不可能逸出。在北斗七星的旁邊，大熊座的“熊頭”附近，有一個形狀不倫不類的M82星系。直徑達1200萬光年的M82星系，有一條黑色縫隙橫貫其中，所以它得到了一個“破裂星系”的綽號。這條黑色縫隙實際上是一個由混雜塵埃的氣體構成的，而M82星系本身是一個標準的“透鏡”型星系。M82星系具有顯著的特征，其中心部位以超過別的星系數千倍的速度誕生著新的恒星。最近在被稱為“星爆星系”的M82星系中，天文學家發(fā)現(xiàn)了待確認的奇異天體???黑洞，這在研究宇宙中存在的巨大黑洞起源的時候，具有極重大的意義。M82星系中的黑洞噴釋出大量能量，這的確是異乎尋常的。
事實上，當物質被吸入黑洞的“地平線”下之前，黑洞極強的引力場引起了超高速運動，因引力下落的能量由于摩擦轉變?yōu)闊崮埽⒆罱K轉變?yōu)楣饽�。近幾年，有觀測報告說在銀河系中心似乎存在巨大黑洞，所謂“巨大黑洞”是指質量超過太陽100萬倍以上的黑洞。如果存在巨大黑洞，那么在它周圍的物質亦應當像繞太陽旋轉的行星那樣，遵循“開普勒行星運動三定律”，哈勃太空望遠鏡就在NGC4261、寶女座M84星系、寶女座M87星系等星系中心發(fā)現(xiàn)了高速旋轉的氣體。
星系中黑洞的質量
根據開普勒定律，氣體的旋轉速度應與其圍繞天體的質量的平方根成正比，與旋轉半徑的平方根成反比。如果能夠確定旋轉速度和半徑，就能求出那個天體的質量，NGC4261旋轉半徑為300光年以內，質量約為太陽質量的20億倍；M84星系旋轉半徑為30光年以內，質量約為太陽質量的3億倍；M87星系旋轉半徑為15光年以內，質量約為太陽質量的30億倍。計算結果應當說是令人吃驚的！10億倍太陽質量的黑洞的半徑大約為10天文單位，也就是1光年的一萬分之一。所以，哈勃太空望遠鏡的觀測結果與黑洞的半徑相比較，還沒有把握住黑洞的外側。
迄今為止已知的X射線雙星系統(tǒng)最亮者達到太陽光度的100萬倍程度，M82星系發(fā)現(xiàn)的X射線天體在此基礎上又增高了10倍。由此估計這個黑洞的質量約為太陽的460倍到最大為1億倍。總之，這個黑洞的質量很可能遠遠超過了太陽。這說明，在M82星系發(fā)現(xiàn)的是待確認的黑洞，而不單純是超新星爆發(fā)后殘存物。
1995年，有關科學家與美國史密森尼安天文臺合作，使用超長基線電波干涉儀群觀測了獵犬座NGC4258星系的中心區(qū)域，發(fā)現(xiàn)在NGC4258星系中心僅0.3光年的區(qū)域內，就存在相當太陽質量3600萬倍的質量，而且獲得了迄今為止最精確的旋轉速度。由此，星系中心存在巨大黑洞幾乎轉瞬間便具有了可能性。來自這個星系中心的X射線發(fā)生了“引力紅移”，這是非黑洞無法解釋的。
所謂“引力紅移”是在強引力作用下，時間似乎變慢的可用廣義相對論解釋的現(xiàn)象，在這種現(xiàn)象中光波長變長。這個現(xiàn)象被確認其意義就相當于直接觀測到黑洞�？茖W家從此得到了巨大黑洞存在的強有力的證據。
任何星系都存在巨大黑洞嗎？
如果巨大黑洞只是存在于特定的星系的話，那么巨大黑洞可能就是這種特定星系特殊演化的結果。但是最新的觀測資料開始表明大部分星系的中心都存在巨大黑洞。在宇宙中存在著在一種在相當于星系大小一萬分之一以下區(qū)域，卻釋放出100個星系具有的能量的天體，這就是“類星體”。這是一種距離我們極其遙遠的天體，距離近者離地球也有20億光年之遙。從1962年第一個類星體被發(fā)現(xiàn)以來，這種天體的真實面目仍是待揭之謎。圍繞類星體巨大能量的來源，科學家提出了形形色色的理論和假說，而最終具有生命力的是巨大黑洞之說。
斗轉星移，1997年，哈勃太空望遠鏡首次觀測證實，類星體處于星系的中心部位，是星系的核心。在那里極有可能存在巨大黑洞。但是此說難圓，迄今發(fā)現(xiàn)的類星體大約只有星系數目的百分之一，僅僅以此為依據還不能認為任何星系都存在巨大黑洞。
科學家認為，巨大黑洞的質量必須達到太陽質量的1000萬倍到10億倍的程度。
巨大黑洞如何形成尚無定論
科學家認為，質量相當于太陽的黑洞是超新星爆發(fā)的結果，但是對于巨大黑洞的起源，目前還沒有定論。巨大黑洞不能由小黑洞聚合而成，就沒有突然形成中間質量黑洞的途徑了嗎？要存在這種可能關鍵之處在于是否能把具有太陽質量100萬倍的天體凝縮至0.01光年以下的空間。作為一種可能性，美國哈佛大學的科學家提出了一種新的設想：在宇宙誕生之初由大質量的天體產生了中間質量的黑洞�？茖W家們把這個過程用計算機進行了模擬，結果顯示，在宇宙誕生30萬年時，大質量天體中發(fā)生了電離，大小凝縮至0.01光年以下。此時，宇宙中澄澈無比，光能夠通行無阻。由此產生的黑洞質量約為太陽的10萬倍到100萬倍，基本上是在與星系無關的空間形成的。
黑洞與星系遭遇，在力學的摩擦效應作用下，黑洞便落入星系的中心。如果落入星系中心的黑洞一年間會附著一個太陽質量的物質的話，1億年后就會擁有1億倍以上太陽質量，從而成為巨大黑洞。以類星體的能量來說，如此規(guī)模的質量附著是必不可少的。但是這種模型也不能完全自圓其說�？紤]到一般的宇宙模型，以這種機理形成的黑洞的數目比星系的數目要少得多。因此，在理論上，形成巨大黑洞的確切過程應當說仍未明了，所以具有中間質量、圍繞星系中心旋轉的M82星系黑洞，是非常耐人尋味的。關鍵問題在于求出M82星系黑洞的準確質量，并搞清其形成的過程。這些問題的解決對于揭開巨大黑洞之謎，具有決定性的意義。
巨大黑洞的起源之謎直到今天仍包裹在重重迷霧之中。黑洞是如何越變越大的，巨大黑洞與星系的誕生和演化又具有怎樣的關系，需要解釋的疑問還很多。(記者沈英甲)
稿源：科技日報
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