“黑洞吞噬理論”面臨世紀(jì)挑戰(zhàn)

　　浩渺宇宙中，一顆恒星偏離了原來(lái)的軌道，闖入了黑洞的禁區(qū)，結(jié)果就在黑洞巨大引力作用下不斷伸展，被撕扯得四分五裂，直至被完全吞噬。曾幾何時(shí)，上述頗具科幻色彩的場(chǎng)景是很多人對(duì)“黑洞”的設(shè)想，相當(dāng)多的天文觀測(cè)表明黑洞會(huì)吞噬掉它周?chē)�的物質(zhì)，這也是科學(xué)界的主流觀點(diǎn)。

　　然而，10月13日美國(guó)宇航局錢(qián)德拉信息中心的一份報(bào)告稱，借助美國(guó)宇航局的錢(qián)德拉X射線太空望遠(yuǎn)鏡，天文學(xué)家們?cè)诤诙?ldquo;半人馬座A*”（SagittariusA*）周?chē)鷧^(qū)域發(fā)現(xiàn)了一個(gè)環(huán)形新生恒星帶，證實(shí)銀河系中心大黑洞附近的環(huán)境有助于催生新的恒星。這一天文新發(fā)現(xiàn)將刊登在近期出版的《皇家天文學(xué)協(xié)會(huì)月報(bào)》上。

　　這一新的發(fā)現(xiàn)是否意味著傳統(tǒng)的黑洞吞噬說(shuō)將被新的發(fā)現(xiàn)所“吞噬”？國(guó)家天文館的專家在接受本報(bào)記者專訪時(shí)表示，雖然黑洞周?chē)�催生新恒星有著特定的條件，但這一發(fā)現(xiàn)對(duì)于黑洞和恒星的研究仍然具有突破性意義。錢(qián)德拉太空觀測(cè)站拍攝到的半人馬座星云圖。“半人馬座A*”黑洞及其周邊“恒星環(huán)”的模擬圖。

　　發(fā)現(xiàn)“錢(qián)德拉”射穿“半人馬”

　　“世界上有兩件東西能夠深深地震撼人們的心靈，一是我們心中崇高的道德準(zhǔn)則，一是我們頭頂上燦爛的星空。”哲學(xué)家康德這樣表示對(duì)宇宙星空的崇敬之情。而人類對(duì)“天”的探索從來(lái)就沒(méi)有停歇過(guò)，來(lái)自宇宙的新信息不斷改變著人們對(duì)宇宙、對(duì)自我的認(rèn)識(shí)。

　　美國(guó)宇航局錢(qián)德拉信息中心利用繞地球軌道運(yùn)轉(zhuǎn)的錢(qián)德拉X射線太空望遠(yuǎn)鏡觀測(cè)到，在銀河系中心的黑洞“半人馬座A*”周?chē)�距離一光年的區(qū)域，一個(gè)巨大的碟狀星際塵埃云團(tuán)正孕育著大量新生恒星天體，這些新生恒星構(gòu)成了一個(gè)“環(huán)”。根據(jù)目前的觀測(cè)結(jié)果，至少已發(fā)現(xiàn)有50到100顆質(zhì)量巨大的新生恒星。

　　遮掩在厚厚的塵埃帶后，巨大橢圓星系半人馬座A的核心，在可見(jiàn)光波段通常隱而不顯。在浩渺的宇宙空間中，半人馬座A距離地球約1100萬(wàn)光年，被稱為離我們最近的活躍星系。盡管是一活躍的星系，但之前，半人馬座A卻是天文學(xué)家不可攻克的難關(guān)。

　　國(guó)家天文臺(tái)科技計(jì)劃處處長(zhǎng)薛隨建研究員告訴記者，半人馬座A位于南天的半人馬座內(nèi)，在天文學(xué)上，早有預(yù)測(cè)半人馬座A可能藏著一顆100萬(wàn)倍太陽(yáng)質(zhì)量的黑洞。但厚實(shí)的塵埃帶是半人馬座A的一大特色，而另一特點(diǎn)便是擁有許多X射線輻射源，以及一個(gè)彌漫的X射線光，這使得在可見(jiàn)光波段半人馬星座隱而不顯，要觀測(cè)到它的動(dòng)態(tài)就必須要用X射線波段。

　　“此次‘錢(qián)德拉’X射線太空望遠(yuǎn)鏡正好是在X射線波段工作，同時(shí)又具有高的空間分辨率、光譜分辨率，因此恰能發(fā)揮出它的功效。”薛隨建解釋了新發(fā)現(xiàn)的原因。

　　“這次觀測(cè)的最大突破就是天文學(xué)家觀測(cè)到在黑洞的附近也有恒星物質(zhì)的較穩(wěn)定存在。這些恒星呈環(huán)狀出現(xiàn)，其實(shí)這一環(huán)狀就是天文學(xué)上的‘吸積盤(pán)’。”薛隨建解釋道，所謂“吸積盤(pán)”，是指圍繞著黑洞高速旋轉(zhuǎn)的漩渦狀結(jié)構(gòu)。

　　一般認(rèn)為，黑洞被“吸積盤(pán)”環(huán)繞。“吸積盤(pán)”在摩擦力與潮汐力的作用下會(huì)變得非常熾熱，溫度達(dá)到數(shù)百萬(wàn)度，并釋放出高能輻射，如X射線等，這也是天文學(xué)上能夠觀測(cè)到黑洞的依據(jù)。“恒星等會(huì)被黑洞的巨大引力所撕裂，這是長(zhǎng)久以來(lái)形成的共識(shí)，但觀測(cè)的結(jié)果卻讓我們看到了硬幣的另一面。”

　　說(shuō)法：黑洞催生恒星要有條件

　　黑洞會(huì)將一切靠近它的物體吞噬，那么美宇航局的新發(fā)現(xiàn)又是怎么回事？

　　對(duì)這一新現(xiàn)象，天文學(xué)家給出了兩種猜想。一是黑洞附近星際塵云的引力抵消了黑洞的吸引力，構(gòu)成比較安定的環(huán)境，從而有助于新恒星誕生；另一種解釋是這些新恒星是在其他地方誕生的，被黑洞的引力“拉”了過(guò)來(lái)。

　　以英國(guó)萊斯特大學(xué)天文學(xué)家納亞克申為首的天文學(xué)家排除了遷徙說(shuō)，因?yàn)樗麄冎挥^測(cè)到約1萬(wàn)顆的小質(zhì)量恒星，但如果是從其他地方遷徙過(guò)來(lái)的則小質(zhì)量恒星的數(shù)目應(yīng)該不少于100萬(wàn)顆。對(duì)此，薛隨建也表示，此次在黑洞附近發(fā)現(xiàn)新恒星，觀測(cè)上排除了“捕獲”恒星說(shuō)，因此很可能是周?chē)�吸積盤(pán)上誕生的恒星，而不是由別處“遷徙”而來(lái)。

　　“不過(guò)，這一天文新發(fā)現(xiàn)并不能完全將之前的黑洞吞噬說(shuō)推翻，畢竟這是個(gè)別現(xiàn)象而不是普遍現(xiàn)象，要對(duì)此現(xiàn)象下一確切的結(jié)論還要留待以后更多的天文觀測(cè)結(jié)果來(lái)證明。但這畢竟是我們天文學(xué)上的一個(gè)突破。在此之前，我們知道形成新恒星的氣體和塵埃云會(huì)被這個(gè)中心黑洞吸引進(jìn)去，無(wú)法維持新恒星形成的穩(wěn)定環(huán)境，但此次的觀測(cè)卻找到大量體積較大的新生恒星在黑洞附近區(qū)域產(chǎn)生的證據(jù)。”薛隨建認(rèn)為，目前可以肯定，黑洞催生新恒星的誕生肯定是有條件的。“因?yàn)槿绻�黑洞附近的吸積盤(pán)不夠大，完全受黑洞引力擺布的話，不易形成新的恒星；但是如果吸積盤(pán)足夠大，其自身引力由于抵御黑洞引力所產(chǎn)生的物質(zhì)湍動(dòng)，可使氣體盤(pán)局部的物質(zhì)密度達(dá)到形成恒星的臨界密度，因而觸發(fā)恒星形成。”對(duì)此，北京師范大學(xué)物理系劉遼教授也表示，由于“半人馬座A*”是一巨大的黑洞，它這一特殊的天體環(huán)境容易形成恒星。

　　挑戰(zhàn)：大質(zhì)量恒星有新“產(chǎn)床”

　　恒星在古代的天文學(xué)家眼中，在星空的位置是恒定的，因此給它起名“恒星”。其實(shí)它們?cè)诓煌５馗咚龠\(yùn)動(dòng)著，比如太陽(yáng)就帶著整個(gè)太陽(yáng)系在繞銀河系的中心運(yùn)動(dòng)。

　　薛隨建向記者解釋了恒星產(chǎn)生的奧秘：“恒星誕生于由星際物質(zhì)凝聚而成的星際氣體云，它們一般分布在星系盤(pán)面附近，幾乎是一個(gè)自引力系統(tǒng)。如在我們的銀河系中的銀盤(pán)內(nèi)，特別是在旋臂區(qū)域內(nèi)，是大量氣體云集的地方。”此次，錢(qián)德拉望遠(yuǎn)鏡對(duì)銀河系中心黑洞的觀測(cè)使天文學(xué)家推測(cè)，黑洞周?chē)�的環(huán)境，與一般恒星誕生的星云環(huán)境大不一樣。黑洞引力的影響，可能有助于構(gòu)成恒星的物質(zhì)快速凝聚，因此新生恒星中各種星體的比例也不尋常，大質(zhì)量恒星的比例可能遠(yuǎn)高于普通星云中誕生的恒星。

　　對(duì)此，薛隨建表示：由于黑洞附近的特殊環(huán)境，此處形成的恒星質(zhì)量分布關(guān)系與通常恒星肯定會(huì)有不同。“但如何能夠產(chǎn)生更多大質(zhì)量恒星的比例，據(jù)我所知，僅是定性推測(cè)，尚且缺乏具體定量計(jì)算的依據(jù)。不過(guò)，無(wú)論是哪種原因促使大質(zhì)量恒星誕生，此次新的天文觀測(cè)結(jié)果，都會(huì)讓研究恒星形成過(guò)程的科學(xué)家們得到一些新的啟發(fā)。”

　　■黑洞簡(jiǎn)史

　　黑洞，是時(shí)空的一個(gè)區(qū)域。這個(gè)區(qū)域內(nèi)的引力極大，以至于任何東西，甚至光都不能從中逃逸出來(lái)。這曾是天文學(xué)上的共識(shí)。一旦有星體出現(xiàn)在黑洞附近，也往往被稱為“逛入了一個(gè)錯(cuò)誤的地帶。”因此，長(zhǎng)期以來(lái)“黑洞吞噬說(shuō)”便成為人類解讀黑洞的一個(gè)突破口。

　　中國(guó)科學(xué)院理論物理研究所研究員張?jiān)�仲告訴記者，黑洞吞噬說(shuō)幾乎是和黑洞的定義并存的。“黑洞并不能顧名思義地解釋為是個(gè)大黑窟窿。‘黑洞’是根據(jù)廣義相對(duì)論預(yù)言存在的天體，它憑著自身的引力把包括光在內(nèi)的空間中的一切‘禁閉’起來(lái)。”

　　張?jiān)�仲進(jìn)一步解釋，無(wú)論是理論物理學(xué)還是天文學(xué)方面，對(duì)黑洞的認(rèn)識(shí)都源自于它的吞噬性。黑洞的提出可以追溯到牛頓時(shí)代。當(dāng)時(shí)拉普拉斯等人根據(jù)牛頓理論提出了黑洞的假設(shè)，后來(lái)愛(ài)因斯坦、霍金等都是黑洞學(xué)說(shuō)發(fā)展中標(biāo)志性的人物。

　　1975年，物理學(xué)家霍金以數(shù)學(xué)計(jì)算的方法證明黑洞由于質(zhì)量巨大，進(jìn)入其邊界的物體都會(huì)被其吞噬而永遠(yuǎn)無(wú)法逃逸。不過(guò)去年霍金公開(kāi)修正了他的學(xué)說(shuō)，認(rèn)為黑洞并非只是吞噬物質(zhì)，也會(huì)把一些曾被它吸入的物質(zhì)信息向外界釋放。