我們?cè)谇缋实囊雇磉b望星空時(shí)，那些亮晶晶的小星星總能激發(fā)我們無(wú)窮無(wú)盡的遐想?？墒?，那些我們司空見(jiàn)慣的小星星看起來(lái)沒(méi)有什么個(gè)性，它們存在的唯一證明只是它們的明亮。然而還有不發(fā)出亮光的星體，它們的意義更為重大。美國(guó)宇航局曾經(jīng)發(fā)射了高能的天文觀測(cè)系統(tǒng)，研究太空中看不見(jiàn)的光線。
在發(fā)回的X射線宇宙照片中，最驚人的一幕是那些從前認(rèn)為“消失”了的星體依舊放出強(qiáng)烈的宇宙射線，遠(yuǎn)甚于太陽(yáng)這樣的恒星體。這證明了長(zhǎng)久以來(lái)一個(gè)怪異的設(shè)想：宇宙中存在著看不見(jiàn)的“黑洞”。
這種“怪物”比森林中的老虎更兇猛，人類用眼睛是看不到它的，它就像隨影附行的“魔鬼”存在于宇宙，找不到它的蹤跡。不管是什么東西，一旦進(jìn)入它的勢(shì)力范圍，都會(huì)被吞吃掉，連骨頭也不吐出來(lái)。而且它還穿上了隱身衣，誰(shuí)也看不見(jiàn)它，即使你用強(qiáng)光照射，用雷達(dá)探測(cè)，仍然找不到它的蹤跡。這種“怪獸”就是愛(ài)因斯坦廣義相對(duì)論預(yù)言的一種奇特天體——黑洞。
黑洞的性質(zhì)不能用常理的觀念思考，但是它的原理大家都能接受。黑洞形成的必要條件就是：一個(gè)巨大的物體，集中在一個(gè)極小的范圍。晚期的恒星恰巧具備了這樣的條件。當(dāng)恒星能量衰竭時(shí)，高溫的火焰不能抵消自身的重力，逐漸向內(nèi)聚合，原子收縮，恒星進(jìn)入白矮星階段，
體積變小，亮度驚人。白矮星進(jìn)一步內(nèi)聚，最后突變成一個(gè)點(diǎn)，整個(gè)過(guò)程不到1秒。在我們看來(lái)恒星消失了，一個(gè)黑洞誕生了。以太陽(yáng)為例：如果太陽(yáng)的半徑從現(xiàn)在的70萬(wàn)公里收縮到3公里，太陽(yáng)就變成一顆超高密度的天體。雖然其質(zhì)量不變，仍為兩千億億億噸，但其半徑距離卻縮小了20多萬(wàn)倍，此時(shí)每秒30萬(wàn)公里的光線也無(wú)法從太陽(yáng)表面射出，這樣太陽(yáng)就變成了一個(gè)黑洞。一個(gè)像太陽(yáng)這樣大的恒星自身引力如此之大，可能最終收縮成一個(gè)高爾夫球或乒乓球，甚至“什么都沒(méi)有”。由于無(wú)限大的密度，崩坍了的星體具有不可思議的引力，附近的物質(zhì)都可能被吸進(jìn)去，甚至光線都不能逃脫──這是看不見(jiàn)它的原因。這個(gè)深不可測(cè)的洞，就被稱為“黑洞”。
如果將宇宙空間想象成一張平鋪的懸空的大紙，具有彈性且不易破，其四角用線拉住，那么任何放在上面的物體都會(huì)使之產(chǎn)生凹痕，物體愈重，凹痕就愈深。如果一個(gè)物體重量不變，體積越小，凹痕越深。假如將地球放在上面，那只有淺淺的凹痕，太陽(yáng)會(huì)比地球的凹痕稍深一些，像黑洞這樣既小又重的超高密天體就會(huì)帶來(lái)極深極深的凹洞。
科學(xué)家們相信大多數(shù)星系的中心都有黑洞，包括我們身在其中的銀河系。根據(jù)相對(duì)論，90%的宇宙都消失在黑洞里。所以一種令人吃驚的說(shuō)法是：“無(wú)限的黑洞乃是宇宙的本身”。
宇宙中不僅有幾個(gè)太陽(yáng)質(zhì)量的恒星級(jí)黑洞，還有更大的黑洞。我們知道地球與其他行星在繞太陽(yáng)公轉(zhuǎn)，而太陽(yáng)又帶著九大行星在銀河系公轉(zhuǎn)。我們知道，在銀河系以外還有上千億個(gè)銀河系的“兄弟姐妹”，
它們被稱為星系，在其他星系中還會(huì)有巨大的黑洞。除了巨型黑洞外，還有微型黑洞。人們常說(shuō)明察秋毫，秋天動(dòng)物新生的細(xì)毛已經(jīng)是十分細(xì)小了，其實(shí)微型黑洞比起秋毫還要小得多，它只有一萬(wàn)億分之一毫米，相當(dāng)于最小的氫原子中的原子核大小，連電子顯微鏡也無(wú)法找到，然而它卻比一座大山還重。
黑洞里面有什么？只能從理論上推測(cè)。假如一位勇敢的人駕駛飛船奔向黑洞，他感覺(jué)到的第一件事就是無(wú)情的引力。從窗口望出去是周圍星光襯托下一個(gè)平底鍋似的圓盤，走得更近了，遠(yuǎn)方似乎寬廣的“地平線”發(fā)出X光，包圍著深不可測(cè)的黑洞。光線在附近扭曲，形成一個(gè)光環(huán)。這時(shí)宇宙員要返航已來(lái)不及了，引力吸著他向黑洞中心飛去，頭和腳之間巨大的引力差使他如同坐在刑具臺(tái)上，遠(yuǎn)在“地平線”以外3000英里，引力就把他撕碎了。
黑洞有“隱身術(shù)”，人們無(wú)法直接觀察到它，連科學(xué)家們都只能對(duì)它內(nèi)部結(jié)構(gòu)提出各種猜想。那么，黑洞是怎么把自己隱藏起來(lái)的呢？答案就是——彎曲的空間。我們都知道，光是沿直線傳播的，這是一個(gè)最基本的常識(shí)?？墒歉鶕?jù)廣義相對(duì)論，空間會(huì)在引力場(chǎng)作用下彎曲。這時(shí)候，光雖然仍然沿任意兩點(diǎn)間的最短距離傳播，但走的已經(jīng)不是直線，而是曲線。形象地講，好像光本來(lái)是要走直線的，只不過(guò)強(qiáng)大的引力把它拉得偏離了原來(lái)的方向。
在地球上，由于引力場(chǎng)作用很小，這種彎曲是微乎其微的。而在黑洞周圍，空間的這種變形非常大。這樣，即使是被黑洞擋著的恒星發(fā)出的光，雖然有一部分會(huì)落入黑洞中消失，可另一部分光線會(huì)通過(guò)彎曲的空間后繞過(guò)黑洞而到達(dá)地球。所以，我們可以毫不費(fèi)力地觀察到黑洞背面的星空，就像黑洞不存在一樣，這就是黑洞的隱身術(shù)。
更有趣的是，有些恒星不僅是朝著地球發(fā)出的光能直接到達(dá)地球，它朝其他方向發(fā)射的光也可能被附近的黑洞的強(qiáng)引力折射而能到達(dá)地球。這樣我們不僅能看見(jiàn)這顆恒星的“臉”，還同時(shí)看到它的側(cè)面、甚至后背！
那么，天文學(xué)家怎么在茫茫的太空中去“捕捉”這個(gè)“怪獸”呢？天文學(xué)家想出一個(gè)巧妙的辦法，那就是在黑洞“伸出黑手”去捕捉和吞食其他星星時(shí)，從黑洞四周的“蛛絲馬跡”中抓住這雙黑手，從而“捕捉住”這一“怪獸”。
這有點(diǎn)像暴雨后洪水泛濫，淹沒(méi)了田野街道，人們已難以直接看到哪里有危險(xiǎn)的深穴，卻可以從湍急的旋渦和沖入旋渦的流水聲響來(lái)進(jìn)行判斷。
人類為探索黑洞付出了不懈努力。20世紀(jì)90年代中期，美國(guó)天文學(xué)家用哈勃望遠(yuǎn)鏡對(duì)準(zhǔn)了名為M87的星系，
在這個(gè)星系中心發(fā)現(xiàn)一個(gè)盤狀物質(zhì)，其旋轉(zhuǎn)速度高達(dá)每小時(shí)160萬(wàn)公里，盤中心的范圍相當(dāng)小，從盤的旋轉(zhuǎn)速度可以推算出中心的引力和質(zhì)量，其質(zhì)量高達(dá)30億顆太陽(yáng)的質(zhì)量。在如此小的范圍內(nèi)有這樣大的質(zhì)量，唯一的解釋只能是黑洞。進(jìn)一步的研究表明，這個(gè)宇宙“巨獸”已吞食了20億顆相當(dāng)于太陽(yáng)質(zhì)量的恒星。
最為成功的一次是在肯尼亞發(fā)射的第一顆X射線衛(wèi)星觀測(cè)系統(tǒng)，被稱作“烏胡魯”，
這個(gè)裝置在發(fā)射后運(yùn)行3個(gè)月就感到
座的異常。天鵝座X—1星發(fā)出的“無(wú)線電波”使得人們可以準(zhǔn)確地測(cè)定它的位置。X—1星比太陽(yáng)大20倍，離地球8000光年。研究表明這顆亮星的軌道發(fā)生了改變，原因在于它的看不見(jiàn)的鄰居——一個(gè)有太陽(yáng)5至10倍大的黑洞圍繞X—1，旋轉(zhuǎn)的周期是5天，它們之間的距離是1300萬(wàn)英里。這是人類確定的最早的一顆黑洞體。
天文學(xué)家對(duì)黑洞的搜尋又取得了新的突破。美國(guó)的科學(xué)家借助于2004年發(fā)射的“錢德拉”X射線探測(cè)衛(wèi)星，
在名為M82的星系中發(fā)現(xiàn)了一個(gè)質(zhì)量相當(dāng)于500個(gè)太陽(yáng)的中型黑洞，這樣大的新型黑洞還是首次發(fā)現(xiàn)。過(guò)去人類發(fā)現(xiàn)的黑洞不是很小，就是異常大。美國(guó)哈佛—史密森天體物理中心的天文學(xué)家安德烈婭·普雷斯維奇指出，“錢德拉”X射線探測(cè)衛(wèi)星是在離M82星系600光年遠(yuǎn)的“極明亮”天體處發(fā)現(xiàn)這個(gè)新型天體的。這個(gè)極明亮天體比我們銀河系任何一個(gè)X射線源都要亮100倍以上，它在3個(gè)月的時(shí)間內(nèi)，亮度增加了6倍，而且其X射線強(qiáng)度以10分鐘左右的周期閃爍、變亮、變暗、再變亮……不是說(shuō)黑洞不會(huì)發(fā)出任何射線嗎？到底這個(gè)極明亮的X射線天體與新型黑洞是什么關(guān)系呢？
原來(lái)黑洞有極強(qiáng)的引力，會(huì)吞食周圍大量的宇宙物質(zhì)，包括氣體、塵埃等。這些氣體、塵埃在黑洞強(qiáng)大引力的吸引下，以極高的宇宙速度繞黑洞旋轉(zhuǎn)，形成扁平的旋轉(zhuǎn)盤。在旋轉(zhuǎn)過(guò)程中，這些高速氣體分子加速聚集，相互激烈碰撞，產(chǎn)生高達(dá)幾百萬(wàn)攝氏度的高溫，并發(fā)射強(qiáng)大的X射線，所以會(huì)出現(xiàn)一個(gè)極明亮的X射線天體。從這個(gè)X射線天體就可以推測(cè)出在這個(gè)扁平旋轉(zhuǎn)盤的中心有一個(gè)中型黑洞，10分鐘正是高速繞黑洞旋轉(zhuǎn)的熾熱氣體的公轉(zhuǎn)周期。
那么這種新型的中型黑洞又是怎樣形成的呢？它在那里又在“導(dǎo)演”什么有聲有色的“話劇”呢？有的天文學(xué)家認(rèn)為可能是多顆恒星在晚年分別坍縮成小型黑洞后，再合并成相當(dāng)于500個(gè)太陽(yáng)質(zhì)量的中型黑洞。但是這種可能性較小，因?yàn)楹阈侵g距離甚遠(yuǎn)，上百顆恒星隨機(jī)地合并在一起不太可能，估計(jì)中型黑洞的形成會(huì)有新的機(jī)制。值得注意的是，新發(fā)現(xiàn)的這個(gè)中型黑洞的周圍廣大區(qū)域正是一個(gè)眾多恒星迅速誕生的地方。筆者認(rèn)為，中型黑洞還可能“導(dǎo)演”新的太陽(yáng)出世。
現(xiàn)在，天文學(xué)家利用光學(xué)望遠(yuǎn)鏡和X射線觀察裝置密切地注視著幾十個(gè)“雙子”星座，它們的特別之處在于兩個(gè)恒星大小相等，誰(shuí)都不想俘獲誰(shuí)，因而互為軌道運(yùn)轉(zhuǎn)。如果其中一顆星發(fā)生不規(guī)則的軌道變化，亮度降低或消失，有可能就是因?yàn)楦浇a(chǎn)生了黑洞。
尋找“黑洞”的同時(shí)，天文學(xué)家還對(duì)黑洞的形成時(shí)間展開(kāi)了爭(zhēng)論。以往不少天文學(xué)家主張先有黑洞，然后在它的強(qiáng)大引力下，吸引越來(lái)越多的恒星和其他宇宙物質(zhì)圍繞它旋轉(zhuǎn)，才形成星系，所以黑洞曾被稱為星系的締造者。而哈勃空間望遠(yuǎn)鏡新的觀測(cè)圖像表明，黑洞和星系可能是同時(shí)形成的。其后，黑洞不斷吞食星系中心的恒星與其他宇宙物質(zhì)，而變成更大的黑洞，這有點(diǎn)像森林中的小老虎靠吞食其他小動(dòng)物而長(zhǎng)成大老虎一樣。
宇宙真的會(huì)被黑洞吞噬嗎？看來(lái)，只有解開(kāi)這個(gè)宇宙最大的秘密，我們才能回答。對(duì)人類本來(lái)就神秘的黑洞變得更為光怪陸離了?！昂诙础睙o(wú)疑是本世紀(jì)最具有挑戰(zhàn)性、也最讓人激動(dòng)的天文學(xué)說(shuō)之一。
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