你见过黑洞吗？(图)

用于观察黑洞的高科技装备。

　　你见过黑洞吗？

　　黑洞的证据是完全间接的，天文学家从来没有真的见过一个黑洞。如今，“微米波”望远镜正在形成全球网络，有望拍下首张银河系超大规模黑洞照片。

　　编辑 张平扬 文 Robert Irion 编译 泓泊

　　高科技装备探察真正黑洞

　　从高踞太平洋水面之上1.4万英尺的莫纳克亚山顶峰上观察，银河系明亮地横亘在夜空。这个巨大盘状物的部分被烟尘遮蔽，在这些阴暗点之一的外面，靠近人马座附近，是银河系的中心，那里隐藏着2000多亿颗星星绕着其旋转的神秘的结构。

夏威夷岛上这座休眠火山陡峭岩石的顶端，矗立着W. M. Keck 天文台双子圆顶屋，每座屋里都安放着一台带有巨大镜子的望远镜，其宽达33英尺，由相互连在一起的片段构成。它们是世界上用于收集星光的最大的镜子，其中一台望远镜已装备上炫目的新工具，极大地提升了它的力量。不超过100人目睹了这种技术装备的运转。等待技术人员扭动开关的当儿，记者凝视着银河系最近处优雅的螺旋形臂膀。

　　而后，突然地，随着快门轻微滴答声中慢慢滑开，一缕金黄色的激光柱从开着的圆屋顶射向天空。光线18英寸宽，像是深入到银河系最黑暗的点上而结束，但实际上它在地球上空55英里处就结束了。它在这个高度发出的信号使望远镜能够摆脱地球大气层的遮蔽。不会被我们头上空气流变化干扰到照片，它拍摄出来的图像一如卫星在太空里拍摄的照片那么清晰。Keck是装备了激光制导的首批天文台之一。这项技术为天文学家提供了窥视银河系中心的犀利工具，那里的星星如同夏天成群的小昆虫紧凑在一起，在最黑暗之处——一个巨大的黑洞——周围急速旋转。

　　毫无疑问，银河系黑洞是我们星系中最奇怪的东西，它是太空中一种三维的空洞，只比太阳大10倍，但质量比太阳高400万倍，是名副其实的无底洞，任何东西都不能逃脱它。每个大型星系的中心都有一个黑洞。如今，科学家们第一次有机会直接研究这些令人惊奇的实体。在下个10年，Keck的天文学家将追踪成千上万陷在银河系黑洞重力中的星星，他们力图弄明白，黑洞附近的星星如何生成，它是怎样扭曲空间本身的结构。Keck天文台主任阿芒多夫说，看到星星在我们星系的黑洞周围激荡，景象非常令人惊奇。

　　确实，黑洞的证据是完全间接的，天文学家从来没有真的见过一个黑洞。爱因斯坦的广义相对论推测，一个极度稠密的物体的重力可以使光线变弯，难以逃逸。譬如，像我们的太阳的质量，如果它收缩成一个只有1英里半的球，就可能捕捉光线；如果地球变成一个黑洞，它的整个质量能塞进一个比豌豆稍大的球体里。

　　1939年，奥本海默和其他物理学家计算，最大的星星，在它们燃烧完氢和其他燃料后，能够发生这样的剧烈收缩。科学家们提出，一旦星星喷发，其剩余的气体将在它自身的重力下坍塌，变成一个无限稠密的点。望远镜的观察证明了20世纪六七年代的理论。科学家提出，只有那些比数亿颗太阳加在一起还要明亮的星星才可能具有如此能量，缩成一小点，成为后来所谓的特大质量黑洞。后来，天文学家发现，银河系里的星星看上去围绕着看不见的伴侣急速转动，只有小黑洞的重力的牵引才能让这些星星保持如此紧密的运行轨道。含有太阳几倍质量，这些被科学家命名为恒星质量黑洞。

　　20亿年后诞生“银河仙女”

　　20世纪90年代，哈勃望远镜通过测量其他星系最核心部分旋转快到何种程度——大星系中高达每小时110万英里，从而给黑洞增添了证据。但即便哈勃望远镜，也仍然看不到星系的核心。如果我们的星系里隐含一个恒星质量的黑洞，那么它是平静的，缺乏从其他星系观察到的能量爆发。哈勃可以追踪到遥远星系中心附近的星群，但由于其狭隘的视角，以及我们星系厚厚的星云遮挡，使它难以获得在我们星系里同样清晰的照片。另一种办法是用红外线追踪黑洞附近的单个星星，红外线能穿透尘埃，但星星太微弱太拥挤，地面为基地的望远镜难以解决。

　　一些天文学家在20世纪90年代认为，观察银河系的中心或许是可能的，并毋庸置疑地证明黑洞在那里存在。但还有许多棘手的问题需要澄清：星星在那样狂暴的结束时是怎样生的何怎样死的？黑洞吸引什么？我们能够像近一个世纪前爱因斯坦所预测的那样，在银河系的中心观察扭曲的时空么？

　　随着每一个新发现的进展，银河系中心变得更加复杂和迷人。莫纳克亚山上的Ghez的和Genzel的小组都在黑洞周边震惊地发现许多大型的年轻星星，其中有许多只有1000万年，处于幼年时期。它们有太阳的10倍那么大，没有人完全知道它们是怎样变得与黑洞如此之近。在银河系的其他地方，尚在孕育的星星要在巨大的尘埃和气体星云里找到一个平静寒冷的子宫。但银河系中心决不平静，这里稠密的射线泛滥整片区域，黑洞重力会让将在那里孕育的任何东西吸纳进去，这些年轻的星星“没有权利待在那里”。它们中有些可能在遥远的外空间诞生，然后向内移动，但大多数天文理论家认为它们对那种场景来说还是太稚嫩了。

　　这些年轻的星星会在自今而后的几百万年自我毁灭，它们毁灭时，大多数大型的星星就会留下小黑洞。天文学家莫里斯认为，这些成千上万计的恒星质量黑洞，一代代累积，聚集在中心恒星质量黑洞周围。这种恒星质量的黑洞只有约20英里宽，因此撞上它们的几率很罕见。看上去，银河系这些规模微小的黑洞，只能吸入一些很小的星系，从来没有吸到一颗类星体。

　　然而，一场可怕的撞击正在逼近。离我们星系最近的大型星系仙女座，正在走向与银河系相撞的过程中。20亿年后，这两大星系将开始合并，逐渐形成一个椭圆形的大型星系——银河仙女，两星系的超大规模黑洞也将相撞，吞噬气体，在短时间内点燃新的类星体。鉴于我们星系令人恐惧的未来，由于“微米波”望远镜正在形成全球网络，希望能够很快拥有银河系超大规模黑洞的首张照片。