中科院紫金山天文台研究员 王思潮
　　
　　今年真是一个黑洞年，天文学家对黑洞的搜寻和研究达到了高潮。
　　黑洞的神奇魔力
　　浩瀚的宇宙高深莫测，无奇不有，其中最神秘的天体莫过于黑洞。这种“怪物”比森林中的老虎更凶猛，不管是什么东西，一旦进入它的势力范围，都会被吞吃掉，连骨头也不吐出来。而且它还穿上了隐身衣，谁也看不见它，即使你用强光照射，用雷达探测，仍然找不到它的踪迹。这种“怪兽”就是爱因斯坦广义相对论预言的一种奇特天体。
　　黑洞为什么会有如此神奇的魔力呢？这需要从引力谈起。我们都知道，即使是世界跳高冠军，也不可能一蹦就跳到月球上去，其原因是地球有强大的引力。这种万有引力存在于宇宙中任何两个物体之间，引力的强弱取决于两个物体各自的质量，也取决于两个物体之间的距离。物体的质量愈大，引力就愈大。地球质量有60万亿亿吨，地球半径为6371公里，所以有很强的引力。人类想飞出地球，必须使宇宙飞船达到每秒11.2公里以上的速度。而太阳的引力更大，如果想从太阳表面发射宇宙飞船，飞船的速度至少要达到每秒618公里，才能挣脱太阳的引力，飞向另一颗恒星。万有引力随距离缩小而明显增强。假如太阳不断地收缩，其半径便会不断地缩小，而物质密度却不断增大。如果太阳的半径从现在的70万公里收缩到3公里，太阳就变成一颗超高密的天体。虽然其质量不变，仍为两千亿亿亿吨，但其半径距离却缩小了20多万倍，此时每秒30万公里的光线也无法从太阳表面射出，这样太阳就变成了一个黑洞。
　　也许有些读者担心，如果太阳变成了黑洞，人类不是很危险了吗？实际上不必担心。科学研究表明，太阳是不会变成黑洞的，只有3倍以上太阳质量的恒星在晚年消耗掉内部的核燃料后，才会在自身的强大引力作用下坍缩，变成恒星级的黑洞。
　　如果将宇宙空间想象成一张平铺的悬空的大纸，具有弹性且不易破，其四角用线拉住，那么任何放在上面的物体都会使之产生凹痕，物体愈重，凹痕就愈深。如果一个物体重量不变，体积越小，凹痕越深。假如将地球放在上面，那只有浅浅的凹痕。太阳会比地球的凹痕稍深一些。像黑洞这样既小又重的超高密天体就会带来极深极深的凹洞。
　　宇宙中不仅有几个太阳质量的恒星级黑洞，还有更大的黑洞。我们知道地球与其他行星在绕太阳公转，而太阳又带着九大行星在银河系公转。整个银河系有着1000多亿颗恒星，它们是太阳的“兄弟姐妹”，天文学家推测在银河系的中心有一个大黑洞，质量为300万个太阳质量。这个大黑洞还不算宇宙中的巨洞。我们知道，在银河系以外还有上千亿个银河系的“兄弟姐妹”，它们被称为星系，在其他星系中还会有巨大的黑洞。
　　除了巨型黑洞外，还有微型黑洞。人们常说明察秋毫，秋天动物新生的细毛已经是十分细小了，其实微型黑洞比起秋毫还要小得多，它只有一万亿分之一毫米，相当于最小的氢原子中的原子核大小，连电子显微镜也无法找到，然而它却比一座大山还重。当代世界级物理大师霍金在微型黑洞的研究中做出了重大的贡献。
　　看来，宇宙实在是太神奇了，已超过神话中的一些想象。像《西游记》中孙悟空的“金箍棒”这样一根小棍子怎么可能有上万斤重呢？而宇宙中这种物质却真的存在，而且还要重得多。
　　捕捉“怪兽”———黑洞
　　连光线也没本事从黑洞中逃出来，那么天文学家怎么在茫茫的太空中去“捕捉”这种身穿隐身衣的“怪兽”呢？天文学家想出一个巧妙的办法，那就是在黑洞“伸出黑手”去捕捉和吞食其他星星时，从黑洞四周的“蛛丝马迹”中抓住这双黑手，从而“捕捉住”这种“怪兽”。
　　这有点像暴雨后洪水泛滥，淹没了田野街道，人们已难以直接看到哪里有危险的深穴，却可以从湍急的旋涡和冲入旋涡的流水声响来进行判断。
　　1994年，美国天文学家用哈勃望远镜对准了名为M87的星系，在这个星系中心发现一个盘状物质，其旋转速度高达每小时160万公里，盘中心的范围相当小，从盘的旋转速度可以推算出中心的引力和质量，其质量高达30亿颗太阳的质量。在如此小的范围内有这样大的质量，惟一的解释只能是黑洞。进一步的研究表明，这个宇宙“巨兽”已吞食了20亿颗相当于太阳质量的恒星。
　　今年对黑洞的搜寻和研究已达到高潮。今年夏天，美国得克萨斯州的天文学家宣称，他们已发现了8个新的巨型黑洞，使人类已知的黑洞数目增至33个。
　　天文学家还对黑洞的形成时间展开了争论，以往不少天文学家主张先有黑洞，然后在它的强大引力下，吸引越来越多的恒星和其他宇宙物质围绕它旋转，才形成星系，所以黑洞曾被称为星系的缔造者。而哈勃空间望远镜新的观测图像表明，黑洞和星系可能是同时形成的。其后，黑洞不断吞食星系中心的恒星与其他宇宙物质，而变成更大的黑洞，这有点像森林中的小老虎靠吞食其他小动物而长成大老虎一样。
　　首次发现中型黑洞
　　今年9月，天文学家对黑洞的搜寻又取得了新的突破。美国的科学家借助于去年发射的“钱德拉”X射线探测卫星，在名为M82的星系中发现了一个质量相当于500个太阳的中型黑洞，这样大的新型黑洞还是首次发现。过去人类发现的黑洞不是很小，就是异常大。
　　美国哈佛—史密森天体物理中心的天文学家安德烈娅·普雷斯维奇指出，“钱德拉”X射线探测卫星是在离M82星系600光年远的“极明亮”天体处发现这个新型天体的。这个极明亮天体比我们银河系任何一个X射线源都要亮100倍以上，它在3个月的时间内，亮度增加了6倍，而且其X射线强度以10分钟左右的周期闪烁、变亮、变暗、再变亮……
　　读者不禁会疑惑，不是说黑洞不会发出任何射线吗，到底这个极明亮的X射线天体与新型黑洞是什么关系呢？
　　原来黑洞有极强的引力，会吞食周围大量的宇宙物质，包括气体、尘埃等。这些气体、尘埃在黑洞强大引力的吸引下，以极高的宇宙速度绕黑洞旋转，形成扁平的旋转盘。在旋转过程中，这些高速气体分子加速聚集，相互激烈碰撞，产生高达几百万摄氏度的高温，并发射强大的X射线，所以会出现一个极明亮的X射线天体。从这个X射线天体就可以推测出在这个扁平旋转盘的中心有一个中型黑洞，10分钟正是高速绕黑洞旋转的炽热气体的公转周期。
　　那么这种新型的中型黑洞又是怎样形成的呢？它在那里又在“导演”什么有声有色的“话剧”呢？有的天文学家认为可能是多颗恒星在晚年分别坍缩成小型黑洞后，再合并成相当于500个太阳质量的中型黑洞。笔者认为，这种可能性较小，因为恒星之间距离甚远，上百颗恒星随机地合并在一起不太可能。估计中型黑洞的形成会有新的机制。值得注意的是，新发现的这个中型黑洞的周围广大区域正是一个众多恒星迅速诞生的地方。笔者认为，中型黑洞还可能“导演”新的太阳出世。
　　宇宙的奥秘无穷，正吸引着一代又一代有志者的孜孜探索。

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