抓住一个“贪吃的”大黑洞

抓住一个“贪吃的”大黑洞

在沸沸扬扬的黑洞研究热潮中，没有什么比拿到黑洞存在的真凭实据更令人激动的了。

爱因斯坦提出的黑洞存在的可能性，1930年得到了物理学理论的证实。事过69年之后，人们也终于找到了黑洞存在的“真凭实据”。下面，还是让我们从半个多世纪之前说起。

1930年，印度出生的刚刚20岁的科学家钱德拉塞卡，求出了白矮星保持稳定的质量的“上限”。他运用相对论的和量子物理学的理论，无可辩驳的论证和精确地计算出，恒星演化到白矮星阶段之后，如果能够保持稳定，其质量就不可能超过太阳质量的1．44倍。他雄辩地论证了，如果天体的质量大于太阳质量的1．44倍，那么它演化到白矮星阶段，绝对不会稳定下来，而必定要在巨大引力的作用下，继续收缩，导致新的猛烈爆发，形成中子星。它进一步指出，质量更大一些的天体，形成中子星之后，仍然会进一步收缩，形成爱因斯坦所预言的黑洞。

今天，提起中子星，人们可能觉得只是普普通通的天文学常识。可是，在20世纪30年代，这却是“石破天惊”的大胆预见。所有的天文学家，谁也没有观测到过中子星是什么“样子”。甚至在许多人的眼里，中子星到底可能不可能存在，还是一个应该画上问号的科学假设。更何况这种假设出自一位才20岁的青年人之手！

科学发现和发展的历史，对许多“过来人”，是相当无情的。正是年轻的后来者，大胆地提出的科学设想，在许多领域内，推动着科学进步。在天文学中，这样的例子更是比比皆是。钱德拉塞卡提出的太阳质量的1．44倍这个白矮星的质量上限，被称作钱德拉塞卡极限。这个极限的确实性，很快就得到了天文观测的证实。天文观测一再证实：所有的白矮星，质量均小于这个极限值。

然而，中子星何在？在钱德拉塞卡论证了中子星存在的可能性之后，确信中子星存在的科学家队伍在一日一日地缩小。许多人不敢驳斥像爱因斯坦这样伟大的科学巨匠的预见，但是也不愿意相信如同钱德拉塞卡这样的20多岁的毛头小伙子的“计算”结果。

肯步入搜寻中子星和黑洞的这个天文学“迷宫”的天文学家，是一批有献身精神的学者。他们以全部身心为“赌注”，把命运押在了或者作出伟大的发现，或者一事无成，这样截然相反的两条路上。

黑洞吞噬中子星

1967年，在钱德拉塞卡理论计算之后的第37个年头，天文学家在检测可能的地外文明发射的无线电信号的过程中，意外地发现、找到了中子星。在提高了钱德拉塞卡的科学声誉的同时，也再一次掀起了寻找黑洞的热潮。黑洞存在的间接证据一批又一批地被发现，怀疑黑洞存在的人群在缩小。

1983年，钱德拉塞卡对恒星晚期演化的理论所作出的杰出贡献，终于得到了社会的认同。他和福勒共同分享了那一年的诺贝尔物理学奖金。

20世纪60—80年代，可以说是天文学寻找黑洞的丰收岁月。在这期间，天文学家不仅找到了大量黑洞存在的间接证据，而且还对黑洞进行了初步的分类。遗憾的是：近20年的时间中，一直没有拿到黑洞吞食周围天体的直接证据，特别是可以看到的直接证据。

成功和遗憾共同激励着探索者。

1993年，日本和美国联合研制的“宇宙与天体物理高级观测卫星”（X射线观测卫星）被发射到地球上空的轨道上。经过几年的追踪观测，美国国家航空和航天局的一个研究小组的科学家，终于在1999年的夏季，抓住了一个超大黑洞吞食周围天体的可见的证据。在下图中，我们可以清晰地看到一个高速旋转的“圆盘”，它就是研究黑洞的科学家在理论上预言的“吸积盘”。

所谓的吸积盘，就是被黑洞的强大引力吸进黑洞的天体物质，在进入黑洞的视界之前，会以极高的速度围绕黑洞作旋转运动，同时释放出能量。因此，我们所观察到的吸积盘的物质，在极高的能量的作用下，已经完全成为气态。它们不断地向宇宙空间发射出以X射线为主的能量。这也可以说是可见宇宙的物质，在走向不可见的“彼岸世界”时，告别的“余热”罢。

一个黑洞附近的吸积盘

照片中的这个其大无比的吸积盘，是研究小组在美国马里兰州格林贝尔特的戈达德航天中心，通过1993年发射的宇宙与天体物理高级观测卫星拍摄到的。科学家保罗和他的同事们介绍说，这个吸积盘位于星系－NGC3516的核心区域。在吸积盘的中心点处，有一个超大黑洞。科学家估计，这个超大黑洞的质量在100万至10亿个太阳系质量之间。对吸积盘的旋转速度的测定表明：物质到达中心区域，即进入黑洞的视界之前，其速度已经高达每小时1000万千米以上。就是说，对于我们来说，可见的物质的告别速度大约是每秒3000千米左右。

这个超大黑洞的内部是什么样的，我们一无所知。它到底会“吃掉”多少可见的物质，我们仍然是无法估计和预测。按照现有的天文学理论，被吸入黑洞的物质越多，黑洞本身的质量就越大，它进一步吞食周围天体的本领就越大。

不过，读者尽可以放心，即使像本文所提供的照片的这种超大黑洞，假如它能够“无限制”地吞食周围的天体，它“吃完”本身所在的星系，也至少需要几千万年以上的时间。更何况星系之间的距离都在数以千万计光年以上呢。例如，星系－NGC3516与银河系的距离就大约为1亿光年。