“身临其境”探黑洞

假如你可以“接近”一个黑洞，会发生什么有趣的现象呢？首先，你会发现引力会越来越强，这并没有什么特别之处，因为接近地球和太阳也是如此。然而每个黑洞都有一个“边界”（被称为“事件视界”），它是一个包围着黑洞的看不见的球形边界。假如你是脚先进入这个“边界”，你就有可能看到一件奇怪的事，由于你的下半身获得了更强的引力，你的脚被无形的力量拉离开你的身体。这就是物理学家们所称的“意大利面化”现象，也就是说，你的整个身体会被拉得像一根面条了。最后，事情会变得更加不可思议，从理论上说，所有进入黑洞中心的东西都会变成一个“奇点”。

　　当然，你不必真的去“身临其境”了解黑洞这种奇异的宇宙现象。几十年来，科学家们已经知道了有关黑洞的很多秘密，尤其是最近一段时间，他们更是发现了一些令人惊讶的事实。这些发现有助于我们更好地理解宇宙的形成和演化。

　　黑洞“小不点”与“巨无霸”

　　绝大多数黑洞都是一颗巨大恒星的“变身”，这种大恒星至少比太阳大10倍，当它们耗完了自身的燃料就会“坍塌”，收缩再收缩，直到变成一个很小的黑点——“恒星质量黑洞”。虽然这时的它已比当初的那颗恒星小多了，但它拥有的质量和引力却和原恒星是一样的。

　　通常情况下，一个星系大约会包含有1亿个这样的黑洞。天文学家们估计，宇宙大约每秒钟就会产生一个新的黑洞。但小恒星或者中等大小的恒星，例如像太阳那般大小的恒星就不会形成黑洞，当它们耗完了自身的燃料，就会变成一个行星大小的白矮星。

　　“恒星质量黑洞”是宇宙中最普通的黑洞，它们只是黑洞家族中的“小不点”，在黑洞谱系的另一端自然就是黑洞中的“巨无霸”了，它们被称为“超大质量黑洞”。这种黑洞可能拥有100万甚至10亿颗恒星的质量，就目前所知，它们是宇宙中力量最为强大的天体。它们控制着由几百万颗、几十亿颗乃至更多恒星组成的星系。大约40年前，天文学家们发现了一个控制着银河系的“超大质量黑洞”，它就是人马座A*。

　　黑洞并不只是质量巨大，它的密度也非常大，大到你将整个地球都装进去，才有顶针大小。在宇宙中，一个只有一座城市大小的黑洞就可以拥有和太阳一样大的质量和引力，就可以控制太阳系中的八大行星，当然也包括太阳系中其他所有的天体。

　　如何看到黑洞

　　任何东西都无法逃离黑洞，包括可见光、X射线、红外光、微波，以及其他任何形式的辐射，所以黑洞是无法看到的。天文学家只能间接地“观测”黑洞，他们的办法是研究黑洞与周围的环境如何发生关系。例如黑洞时常释放一道非常强大的喷流，这道喷流由气体和辐射组成，非常明亮，能被望远镜观测到。美国斯坦福大学的天文学家朱莉·拉龙多和她的同事们正使用美国宇航局钱德拉太空望远镜的观测数据研究18个大型黑洞发出的喷流，这些喷流如此之强，以至于其延伸的范围轻易地就能超越整个星系。

　　通过喷流的大小来估计黑洞的大小，科学家们有了惊人的发现。2012年12月，拉龙多等人报告说，有些黑洞是如此巨大，乃至于“超大质量”不足以形容，而是应该用“极大质量”来表述。这种黑洞所拥有的质量可能超过太阳质量的100亿到400亿倍，而在几年前，人们还没有发现质量超过太阳100亿倍的黑洞。

　　关于黑洞的“鸡与蛋”问题

　　关于黑洞质量的发现让天文学家们对宇宙的演化产生了新的疑问：假如一个黑洞的质量可以达到太阳质量的400亿倍，那么它们超强的引力便不是仅仅控制一个星系了，它们应该足以控制整个星系团或者星系群。这样大的质量必须在黑洞形成后的多少亿年里经过积累才能获得，但黑洞是如何做到这一点的呢？

　　另外一个难解之谜是黑洞和群星的关系，宇宙中是先有黑洞还是先有群星？这个问题就像是先有鸡还是先有蛋一样令人困惑。大约两年前，美国科学家利用哈勃太空望远镜研究了一个名为NGC 1277的星系，这个星系距地球超过2.2亿光年，大小为2.5万光年，只相当于银河系的1/4，其质量也只相当于银河系恒星总质量的14%。但科学家们却在它的中心发现了一个极大的黑洞，人们估计，这个黑洞的质量是银河系黑洞人马座A*质量的4000倍以上。

　　这让天文学家们感到非常费解，因为这个黑洞相对于它所在的星系显得太大了。科学家们通常相信，黑洞和星系是相伴着演化的，要么共同成长，要么同时停止成长。新的发现则暗示，这个黑洞要么是通过吞噬附近的恒星和其他黑洞一直在成长，要么它一诞生就是一个“大块头”，只有这样才能解释这个星系和黑洞之间奇怪的“不相称”现象。究竟是哪种情况呢？要破解这个秘密，科学家们只有等待更多的发现。他们希望知道，宇宙中是否还有其他这样的星系，或者是在一个很大的星系中心是否会存在着一个相对很小的黑洞。

　　黑洞并不“贪吃”

　　许多人认为，黑洞会像一个宇宙“吸尘器”，不断地将周围的一切都吸进去，然而真实的情况并非如此，黑洞只是“乖乖地”待在那里，除非有什么东西离它太近才会掉进去。

　　2010年5月，在夏威夷的一架望远镜捕捉到一个来自遥远星系的闪光，这道闪光最亮的时候发生在7月，然后逐渐暗了下去。一个由天文学家组成的研究小组鉴定了那束闪光的性质：一颗恒星在经过一个黑洞附近时被黑洞撕扯得破裂开来，破裂的残骸坠落到黑洞中，由于这个过程产生了非常高的温度，因此发出了耀目的闪光。由此看来，即使是看不见的黑洞，当它们在“吃掉”一颗恒星时也是能够表演“闪光秀”的。

　　黑洞是宇宙中最极端的天体，天文学家们还在继续寻找更多具有极端特征的黑洞，包括最大、最小或者最怪异的黑洞。接下来，更多的观察将帮助人们理清黑洞和恒星、星系以及星系群之间的复杂关系，这将有助于揭示宇宙天体的秘密：它们如何形成，如何演化，如何相互影响……

　　【责任编辑】庞 云