书城科普青少年应知的100个天文学常识
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第59章 黑洞诞生地—银河系核心

银河系是极其庞大的,地球离它的中心和边缘都十分遥远。从产生银河系大部分光的银盘的一边到另一边,距离长达130 000光年。一个在最后冰河时代极盛期出发,以光速飞越银盘的光子,到今天也只走完这个距离的1/7。太阳和地球就在这个银盘内,离银心27 000光年,大致等于银河系中心到边缘路程的40%。如果把银河系比喻成一个大都会,太阳和地球就在它的近郊。

然而我们在夜天空看到的只是银河系壮丽景色的一部分。天空中最遥远的一等星是1 500光年外的白色超巨星天津四。设想在银河系中用一个大球把比天津四更近的所有恒星包起来,那么你将拥有5 000万颗恒星。它们像从天空宝库收集来的五彩缤纷的珠宝,闪耀着红、橙、黄、蓝、白各种绚丽光芒。这个庞大的球包容了夜间看到的几乎全部恒星:心宿二、参宿四、天狼、半人马座α、北极星、织女、参宿七、大角以及其他所有在天空闪烁的星星。这些珠宝之间还撒有红色、橙色和白色的矮星,它们发光微弱,即使最大的星表中也没有关于它们的记载。

但是,这个描绘了几乎整个夜天景色的大球不过是一幅巨大壁画上的轻轻一笔,因为它的体积还不到银盘体积的1‰。要全面认识银河系,必须远离太阳附近区域,去探索银河王国的其他地方。特别重要的是银河核球,即密集在银心周围的年老恒星群,以及银心本身,即银河系中所有天体的公转中心点,那里可能隐藏着一个质量达太阳百万倍的贪婪的黑洞。银河核球和银心共同构成了银河王国的首府。

但是,要研究银河核球和银心,天文学家必须透过银盘来观察,因为太阳和银心都在银盘平面即银道面内。但透视银盘是困难的,这不仅因为银盘十分辽阔,而且因为它充斥着遮挡星光的星际气体和尘埃。当我们朝人马座方向看去时,我们的视线要穿过77 000光年的一厚层恒星;而在相反的方向上,则仅穿过23 000光年厚的恒星。

20世纪以来,射电天文学的发展大大推进了人们探索银河系的历程,从1990年以来,射电和红外天文学家已经绘出了银心区的详细图像,达到了只见树木不见森林的细致程度。但是,在银心周围一光年的区域内,有三棵鹤立鸡群的高大“树木”:一棵是命名为人马座A+*(读成A星)的射电源,它是银河系的真正中心,可能是一个大质量黑洞;一棵是命名为IRS16的位于人马座A+*附近由蓝色恒星组成的星团,它将大量物质抛入黑洞;一棵是命名为IRS7的红超巨星,它在IRS16抛射物的轰击下,长出了一根彗星式尾巴。

热气被吸入黑洞在这三个天体中,人马座A+*最为激动人心,争议也最大。尤素福·扎德说:“人马座A+*肯定是银河系中独一无二的天体。”作为银河系所有其他东西围绕着运动的一个点,人马座A+*在射电波段发射的能量是太阳在光学波段发射能量的5倍,这使人马座A+*成为银心区最强的射电源。于是有的天文学家猜测人马座A+*大概是一个黑洞,它的射电波是围绕它运动的热气体盘在陷进黑洞之前发出的。这个吸积盘很热,一方面是因为它将引力能转变为热能,另一方面也由于盘中物质同其他绕黑洞运动的物质摩擦。下落物质喂养黑洞,使后者质量增加。这个黑洞大概是很久以前当银心的某个恒星坍缩时形成的,那时它只含几个太阳质量,但它吞食邻近恒星和远方恒星抛出的碎块,质量越来越大。今天,人马座A+*可能包含了多达100万个太阳质量。

人马座A和A+*黑洞是质量极大、超常致密的星体,以致连光线也无法逃脱它的引力束缚。比太阳质量大10倍以上的恒星会以超新星爆炸的形式结束自己的生命,将大量的物质抛射到星际空间,同时在其中心留下一颗致密的天体,当剩余质量超过太阳质量的3倍时,这一致密天体就会是一个黑洞。

1974年,英国天文学家马丁·尼斯爵士指出:在具有活动核的一些星系的核心应该存在超大质量的黑洞,其质量可能是太阳质量的数百万甚至10亿倍。它们在从γ射线到无线电波的各个波段都发出强烈的辐射,并伴有闪烁现象,它们往往会将巨大的带电粒子流喷向星系际空间。尼斯认为星系中心的黑洞正是造成这些巨大活动的能量来源。

NASA钱德拉计划的科学家认为:“实在想不出还有什么别的途径会让活动星系核(AGN)产生如此巨大的能量喷射,惟一可能的解释就是黑洞。”后来出现了更大胆的想法,认为不仅仅活动星系核可能在其核心拥有如此巨大的怪物,即使像银河系这样的普通星系的核心也完全可能有黑洞。

钱德拉X射线望远镜拍摄到的银河系中心的X射线图像,超大质量黑洞就隐藏在图中心明亮的白色斑块之中。

X射线图像然而关键问题是银心的超大质量黑洞从哪儿来的呢

科学家对此提出两种解释:一种解释是超大质量黑洞在星系形成时就已存在;另一种解释则认为,一个恒星质量大小的黑洞会不断地吸积物质,逐渐长成一个超大质量的黑洞。还有人设想超大质量黑洞是一群由较小的黑洞集合碰撞后并合在一起而形成的。当然,也可能完全是另外一种意想不到的方式。