“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，上述頗具科幻色彩的場景是很多人對“黑洞”的設(shè)想，相當(dāng)多的天文觀測表明黑洞會吞噬掉它周圍的物質(zhì)，這也是科學(xué)界的主流觀點。

　　然而，10月13日美國宇航局錢德拉信息中心的一份報告稱，借助美國宇航局的錢德拉X射線太空望遠(yuǎn)鏡，天文學(xué)家們在黑洞“半人馬座A*”（SagittariusA*）周圍區(qū)域發(fā)現(xiàn)了一個環(huán)形新生恒星帶，證實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)會月報》上。

　　這一新的發(fā)現(xiàn)是否意味著傳統(tǒng)的黑洞吞噬說將被新的發(fā)現(xiàn)所“吞噬”？國家天文館的專家在接受本報記者專訪時表示，雖然黑洞周圍催生新恒星有著特定的條件，但這一發(fā)現(xiàn)對于黑洞和恒星的研究仍然具有突破性意義。錢德拉太空觀測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)家康德這樣表示對宇宙星空的崇敬之情。而人類對“天”的探索從來就沒有停歇過，來自宇宙的新信息不斷改變著人們對宇宙、對自我的認(rèn)識。

　　美國宇航局錢德拉信息中心利用繞地球軌道運轉(zhuǎn)的錢德拉X射線太空望遠(yuǎn)鏡觀測到，在銀河系中心的黑洞“半人馬座A*”周圍距離一光年的區(qū)域，一個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“環(huán)”。根據(jù)目前的觀測結(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)。

　　國家天文臺科技計劃處處長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)測半人馬座A可能藏著一顆100萬倍太陽質(zhì)量的黑洞。但厚實的塵埃帶是半人馬座A的一大特色，而另一特點便是擁有許多X射線輻射源，以及一個彌漫的X射線光，這使得在可見光波段半人馬星座隱而不顯，要觀測到它的動態(tài)就必須要用X射線波段。

　　“此次‘錢德拉’X射線太空望遠(yuǎn)鏡正好是在X射線波段工作，同時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。

　　“這次觀測的最大突破就是天文學(xué)家觀測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)，其實這一環(huán)狀就是天文學(xué)上的‘吸積盤’。”薛隨建解釋道，所謂“吸積盤”，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”環(huán)繞。“吸積盤”在摩擦力與潮汐力的作用下會變得非常熾熱，溫度達(dá)到數(shù)百萬度，并釋放出高能輻射，如X射線等，這也是天文學(xué)上能夠觀測到黑洞的依據(jù)。“恒星等會被黑洞的巨大引力所撕裂，這是長久以來形成的共識，但觀測的結(jié)果卻讓我們看到了硬幣的另一面。”

　　說法：黑洞催生恒星要有條件

　　黑洞會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”了過來。

　　以英國萊斯特大學(xué)天文學(xué)家納亞克申為首的天文學(xué)家排除了遷徙說，因為他們只觀測到約1萬顆的小質(zhì)量恒星，但如果是從其他地方遷徙過來的則小質(zhì)量恒星的數(shù)目應(yīng)該不少于100萬顆。對此，薛隨建也表示，此次在黑洞附近發(fā)現(xiàn)新恒星，觀測上排除了“捕獲”恒星說，因此很可能是周圍吸積盤上誕生的恒星，而不是由別處“遷徙”而來。

　　“不過，這一天文新發(fā)現(xiàn)并不能完全將之前的黑洞吞噬說推翻，畢竟這是個別現(xiàn)象而不是普遍現(xiàn)象，要對此現(xiàn)象下一確切的結(jié)論還要留待以后更多的天文觀測結(jié)果來證明。但這畢竟是我們天文學(xué)上的一個突破。在此之前，我們知道形成新恒星的氣體和塵埃云會被這個中心黑洞吸引進(jìn)去，無法維持新恒星形成的穩(wěn)定環(huán)境，但此次的觀測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。“因為如果黑洞附近的吸積盤不夠大，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，可使氣體盤局部的物質(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”。其實它們在不停地高速運動著，比如太陽就帶著整個太陽系在繞銀河系的中心運動。

　　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面附近，幾乎是一個自引力系統(tǒng)。如在我們的銀河系中的銀盤內(nèi)，特別是在旋臂區(qū)域內(nèi)，是大量氣體云集的地方。”此次，錢德拉望遠(yuǎn)鏡對銀河系中心黑洞的觀測使天文學(xué)家推測，黑洞周圍的環(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，尚且缺乏具體定量計算的依據(jù)。不過，無論是哪種原因促使大質(zhì)量恒星誕生，此次新的天文觀測結(jié)果，都會讓研究恒星形成過程的科學(xué)家們得到一些新的啟發(fā)。”

　　■黑洞簡史

　　黑洞，是時空的一個區(qū)域。這個區(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。這曾是天文學(xué)上的共識。一旦有星體出現(xiàn)在黑洞附近，也往往被稱為“逛入了一個錯誤的地帶。”因此，長期以來“黑洞吞噬說”便成為人類解讀黑洞的一個突破口。

　　中國科學(xué)院理論物理研究所研究員張元仲告訴記者，黑洞吞噬說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大黑窟窿。‘黑洞’是根據(jù)廣義相對論預(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。”

　　張元仲進(jìn)一步解釋，無論是理論物理學(xué)還是天文學(xué)方面，對黑洞的認(rèn)識都源自于它的吞噬性。黑洞的提出可以追溯到牛頓時代。當(dāng)時拉普拉斯等人根據(jù)牛頓理論提出了黑洞的假設(shè)，后來愛因斯坦、霍金等都是黑洞學(xué)說發(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被其吞噬而永遠(yuǎn)無法逃逸。不過去年霍金公開修正了他的學(xué)說，認(rèn)為黑洞并非只是吞噬物質(zhì)，也會把一些曾被它吸入的物質(zhì)信息向外界釋放。