在我们星系内部

在我们星系内部

M87星系中心的那个黑洞，赛弗特星系和类星体中心的那些黑洞，显然不会对我们造成什么威胁。M87的黑洞离我们有6500光年远，而赛弗特星系和类星体则离我们更远。这样大的距离足以保护我们眼下不会受到那些黑洞的任何伤害。不仅如此，所有的类星体全都在以非常大的速度退行，离我们越来越远，退行速度高达光速的1/10—9/10。甚至M87星系也在以相当大的速度退离我们而去。

事实上，由于宇宙在膨胀，位于我们本星系团外面无论什么地方的黑洞，都在不断迅速地被带到离我们越来越远的地方。除非到宇宙收缩阶段的末期，它们绝不会对我们有任何影响。然而，到那时，宇宙收缩本身带来的却已经是终极灾变了。

但是，属于我们这个本星系团的那些星系，不管宇宙持续膨胀多长时间，都会始终留在我们的近旁，它们是否会对我们构成威胁呢？我们本星系团里的那些星系是否会包含有黑洞呢？会的。诚然，除了我们银河系以外，本星系团里的那些星系，还没有哪一个星系显示出在其中心有任何活动的迹象。而且，那些比较小的星系显然不大可能包含有大的黑洞。但是，那个比我们银河系稍大一些的仙女座星系却很可能在其中心有一个比较大的黑洞，而且它肯定在任何时候也不可能退行到离我们非常远的地方。然而，它也不可能向我们靠近，来到非常近的地方。

那么，我们自己的星系，即银河系，情况又如何呢？在银河系中心，有迹象表明，存在着剧烈的活动。当然，银河系的活动不像M87星系或者赛弗特星系和类星体那样激烈，但是它的中心比起宇宙中其他星系的中心来，距离我们却要近得多。我们知道，最近的类星体距离我们有10亿光年，M87星系的距离是6500万光年，仙女座星系的距离是230万光年，而我们银河系的中心距离我们却只有3.2万光年。所以，比起别的星系来，我们自然不难探测到我们银河系中的那些小的活动。

在银河系的正中心，如果有一个直径为40光年的天体在进行活动的话，那就很可能是一个黑洞。有些天文学家甚至认为，位于银河系中心的那个黑洞的质量是太阳质量的1亿倍。

这样一个黑洞，它的质量只有天文学家所估计的M87中心处黑洞质量的1/60。但是，由于银河系的质量要比M87星系的质量小得多，银河系黑洞的质量大约是银河系质量的1/1500。如果拿一个黑洞的质量同包含它的那个星系的大小相比，银河系黑洞甚至比M87星系黑洞还要大，前者的相对质量是后者相对质量的1.6倍。

我们银河系中心的那个黑洞能对我们构成威胁吗？如果有威胁的话，不久就会发生吗？

我们可以按照如下的思路来推断这个问题。银河系是在大爆炸以后不久形成的，而它中心处的那个黑洞甚至要比银河系的其余部分形成得更早。比如说，我们可以假定那个黑洞是在大爆炸以后10亿年形成的，也就是说，是在140亿年以前形成的。如果是那样的话，那么，那个黑洞花了140亿年才吞食掉银河系的1/1500。以这样的吞食速度，它吞食掉整个银河系大约需要21万亿年。到那个时候，要么是热寂灾变，要么（我想这更可能）是下一次宇宙蛋灾变，早就会降临到我们头上了。

但是，我们说“以这样的吞食速度”，这站得住脚吗？要知道，一个黑洞会逐渐长大，它吞食周围物质的速度会越来越大。也许，它虽然花了140亿年才吞食掉银河系的1/1500，但完全吞食掉银河系，只再需要10亿年。

另一方面，一个黑洞吞食物质的能力还取决于它周围物质的密度。任何一个星系中心处的黑洞，随着它逐渐长大，会把该星系核里的那些恒星清除干净，从而最终形成一个所谓“中空星系”，也就是说，形成一个其核心除了中心有一个巨大黑洞外，完全空无一物的星系。那个大黑洞的质量可以大到是我们太阳质量的1000亿倍，对于非常大的星系，甚至可以达到1万亿倍。如此巨大的黑洞，其直径大约在0.1—1光年。

即使这样，留在星系外围区域的那些恒星仍然会围绕着位于中心的那个黑洞运行，相对说来比较安全。也许，每隔一段时间，其中会有某一颗恒星突然改变轨道，走到离黑洞比较近的地方，从而被它俘获。但是，这类事件肯定难得发生，而且随着时间的流逝，发生的机会只会越来越小。实际上，地球一旦由于某种原因太靠近太阳，太阳也会像黑洞那样把它吞食。出现这种情况的可能性当然是非常小的。同样，星系外围区域的大多数恒星，它们被中心黑洞吞食的可能性也是非常小的。

当然，即使星系中心的黑洞把星系核心扫除干净，在那里留下空洞；随着掉入黑洞的物质越来越少，我们除了能观测到星系核心的辐射活动逐渐减弱外，什么也发现不了。银河系的中心位于人马座方向，被厚厚的尘埃云和许多星团遮挡着，如果那里已被中心黑洞吞食一空的话，我们是看不到任何变化的。

如果宇宙是开放的，我们就可以设想，随着宇宙的膨胀，在遥远将来的某个时候，宇宙中的星系全都会变成中空的星系，它们的中心处全都有一个超黑洞，周围则像小行星带那样围绕着一圈正在走向热寂的恒星。

可是，在我们银河系中，除了中心，在其他地方是否也可能存在着黑洞，而它们也许离我们更近呢？

为了说明这个问题，最需要考察的是球状星团。球状星团指的是一组拥挤在一起形成球状的许多恒星。每个球状星团的直径大约是100光年。在球状星团的不大的体积内，通常拥挤着大约10万—100万颗恒星。一个球状星团就像是从星系核分离出来的一部分，它的体积当然要比星系核小得多，而且其中的恒星挤得也没有那么密。许多这样的球状星团围绕在银河系中心（银心）的周围，构成了一个晕（银晕）。对于分布在其中的100多个球状星团，天文学家已经探测到了一些值得注意的现象。（其他星系肯定也有由球状星团形成的相应的晕，即星系晕。）

对于银晕中的许多球状星团，天文学家都探测到了它们中心处的X射线活动。根据这种活动，人们不难想到在球状星团中心也发生着类似于在星系中心产生出一个黑洞的那些过程，它们也会在那里产生一个黑洞。

这种球状星团的黑洞当然不会像星系中心的黑洞那样大，但是它们的质量也可能达到我们太阳质量的1000倍。它们尽管比星系的大黑洞要小，然而，难道就不会更危险吗？不会，暂时肯定不会。离我们最近的球状星团是半人马座ω，它离我们也有2.2万光年远。那样一个距离肯定是安全的。

现在，我们似乎可以作一个小结，总结出几条结论。自1963年以来，天文学上的发现已经证明，星系的中心和球状星团的中心都是一些发生着剧烈过程，对于生命十分不利的活动地点。在那些地方如果有一颗居住着生命的行星的话，那些生命如果不是由于被黑洞吞食而直接毁灭掉，也肯定会被那里的活动所产生的致命的辐射而间接毁灭。不过，我们可以断定那里不会有生命遭受过这样的灾变，因为在那样的条件下，根本不可能形成过生命。至于我们人类，我们有幸居住在一个星系的相当宁静的外围地区，这里的恒星分布得非常稀疏。因此，黑洞灾变其实同我们无缘。

且慢！难道在星系的外围地区就没有黑洞吗？在我们的附近的确没有能够形成黑洞的大球状星团，但是，却有单个的恒星，其质量也许足够集中，能够形成一个黑洞。于是我们要问，在我们附近是否有哪一颗大恒星已经变成了黑洞？如果有的话，它又在哪里？我们能够发现这种恒星级黑洞吗？它们是否对我们构成威胁？

黑洞似乎是无法被我们观测到的。我们无法直接看到黑洞，而只能看到物质掉进黑洞里去时发生的辐射，即物质“死亡前的哀鸣”。如果一个黑洞周围包围着能被它俘获的物质，则这种死亡前的哀鸣便会十分响亮。然而，在这种情况下，周围的物质会遮挡住黑洞紧邻的区域，使我们看不见那里发生的事情。如果一个黑洞的周围几乎没有物质，我们当然有机会看见黑洞紧邻的区域，但是掉进黑洞的物质也会极少，因而死亡前的哀鸣十分微弱，我们也会发现不了那个黑洞的存在。

不过，我们仍有发现黑洞的机会。宇宙中的恒星大约有半数是结伴成对的（“双星系统”），它们彼此作绕转运动。如果双星系统中的两颗恒星都很大，那么其中一颗在其演化的某个阶段就有可能变成一个黑洞，而另一颗恒星即伴星的物质，则有可能一点一点地掉进附近的那个黑洞。在这样一种特殊情况下，既有可能发出辐射，而这些表明存在着黑洞的辐射又不至于被它周围的物质遮蔽住。

为了探测这种情况下的黑洞，天文学家曾普遍勘查过天空，以寻找X射线源，并设法精确地测定出每一个X射线源的位置。他们希望能找到一个在我们近处的，而除了用黑洞来说明便再也无法解释的X射线源。例如，一个辐射强度作不规则变化的X射线源，比起辐射强度稳定，或者作规则变化的X射线源来，就更可能是一个黑洞。

1969年，在肯尼亚独立5周年纪念日，从这个国家的海岸某地发射了一颗X射线探测卫星。那颗探测卫星用斯瓦希里语命名为“乌呼鲁”，意思是“自由”。它能从地球大气层以外的轨道去探测天空中的X射线源。所以要到地球大气层以外去进行探测，是因为大气能吸收X射线，阻止这种辐射到达安放在地面上的X射线探测器。

乌呼鲁卫星探测到161个X射线源，其中有半数位于我们银河系内。1971年，乌呼鲁在天鹅座里发现了一个很强的X射线源，叫做“天鹅座X-1”，并探测到了它的X射线强度的不规则变化。于是，天文学家立即集中研究天鹅座X-1，很快又探测到了它的微波辐射。根据天鹅座X-1的微波辐射，天文学家十分精确地确定出它的位置，发现它正好位于一颗可见恒星的附近，但又不与那颗恒星相重合。那颗恒星的编号是HD226868，是一颗非常大的略呈蓝色的炽热恒星，质量为太阳质量的30倍。那颗恒星显然正沿着一条轨道运行，运行周期是5.6天。根据它的轨道的特性可以推算出，它围绕着运行的那另一颗恒星的质量是太阳质量的5—8倍。⁽⁵⁾

那颗伴星虽然发出强烈的X射线，我们却看不见它。考虑到它有那样大的质量，以及由此而推断出它可能具有的亮度，如果它是一颗正常恒星的话，是不可能看不到的。因此，它必定是一颗已经坍缩的恒星。而且，由于它的质量很大，它不可能坍缩成别的，而只可能坍缩成一个黑洞。如果它真是一个黑洞，它一定远小于我们前面讨论过的那些黑洞。前面介绍的那些黑洞，质量是太阳质量的数千倍，数百万倍，乃至数十亿倍。而这里说到的这个黑洞，其质量充其量只有太阳质量的8倍。

然而，这个黑洞比其他任何黑洞离我们都更近。照天文学家的估计，天鹅座X-1距离我们只有1万光年，还不到银河系中心距离的1/3，也不到最近的球状星团距离的一半。

1978年，天文学家又报道在天蝎座也发现了一个类似的双星系统。该处的那个X射线源编号为天蝎座V861，也可能是一个黑洞。据估计，它的质量是太阳质量的12倍，距离是5000光年。

我们可以有把握地说，哪怕只有5000光年，这也是一个安全距离。我们还可以作出论证，在比这个距离更近得多的地方，极不可能存在着黑洞。能产生黑洞的这类恒星极其稀少，简直难以想象会有这样一个黑洞凑巧离我们很近，而它所处的环境又使我们至今还不能发现。因为，一个离我们足够近的黑洞，只要有一点物质掉进它里面，所产生的X射线的强度就足以被我们探测到。

但是，离我们较近的这些黑洞对我们却构成了一种其他黑洞所没有的危险。不属于我们本星系团的那些星系里的黑洞离我们全都非常远，而且随着宇宙的膨胀，只会运动得越来越远。本星系团里我们银河系之外其他星系里的那些黑洞，离我们仍然很远，从整体来看，它们会始终保持在那些距离上。它们虽然不会明显地运动到更远的地方，但也不会明显地运动到更近的地方。至于位于我们银河系中心的那个黑洞，它当然比其他星系中的任何黑洞都离我们更近，但是，它同我们之间的距离也会保持不变，因为太阳围绕银河系中心运动的轨道差不多正好是圆形。

可是，我们星系中的那些没有位于中心的黑洞同我们太阳一样，全都在围绕着银河系中心运动。因此，我们相对于它们也有各种各样的运动轨道，而且正处在各种各样的相对运动之中。那些黑洞，有的也许正在背离我们而去，有的也许正在向我们靠近。不管怎样，它们当中每一个黑洞总会有一半的时间是在向着我们运动，越来越近。

这样的一个黑洞能运动到离我们多近的地方？那又会带来怎样的危险？

谈到这里，我们涉及的就不是影响到整个宇宙的第一类灾变，而应该来讨论那些专门只影响到我们太阳系的第二类灾变了。

【注释】

(1)科学家最近发现，这个结论并不完全正确。我将在后面再作解释。

(2)有趣的是，法国天文学家拉普拉斯（Pierre Simon de Laplace，1749—1827）早在1798年就思考过任何东西——包括光线在内——都无法从它们那里逃逸出来的大质量天体存在的可能性。

(3)我们还无法肯定这个估计。黑洞几乎无法探测到，因此，恐怕还有许多黑洞未被我们发现。而且，那些未发现的黑洞的质量也许正好就是为说明我们的宇宙是一个闭合宇宙所缺少的那部分“遗失的质量”。如果真是这样的话，那么，宇宙中各处黑洞就很可能占到宇宙总质量的50%—90%。

(4)正是由于这个缘故，我才在前一章说，尽管目前的证据有利于开放的宇宙，我还是相信宇宙是闭合的。

(5)完全只根据一颗恒星自身的其他性质去确定它的质量是非常困难的。但是，如果是一对互相绕转的恒星，那么，根据它们之间的距离和互相绕转的周期，以及根据位于它们之间的质心的位置，它们两者的质量都不难确定。