天文学家最近观测到一次神奇的“黑洞蚀”,还利用这次天文良机,测量了黑洞周围即将被吞噬的物质的结构。 

我们知道有日蚀、月蚀,那么这“黑洞蚀”是怎么回事?还是让我们看看天文学家怎么说。 

日蚀与月蚀 

月球自己不发光,而是反射太阳的光。不过当月球运行至地球的阴影部份时,太阳、地球、月球恰好(或几乎)在同一条直线上。从太阳照射到月球的光线,会被地球所掩盖,因此看到的月亮像是缺了一块,这就是通常所说的月蚀(又称月食)。


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难得一见的天象 神奇的黑洞蚀

NGC 1365星系,直径20万光年。大图为可见光图,右下的小图为星系中心的活跃区域,可以通过X光观测到。(NASA/ESO)

文 ◎ 方洪


天文学家最近观测到一次神奇的“黑洞蚀”,还利用这次天文良机,测量了黑洞周围即将被吞噬的物质的结构。 

我们知道有日蚀、月蚀,那么这“黑洞蚀”是怎么回事?还是让我们看看天文学家怎么说。 

日蚀与月蚀 

月球自己不发光,而是反射太阳的光。不过当月球运行至地球的阴影部份时,太阳、地球、月球恰好(或几乎)在同一条直线上。从太阳照射到月球的光线,会被地球所掩盖,因此看到的月亮像是缺了一块,这就是通常所说的月蚀(又称月食)。 

日蚀(或称日食)是另一种天文现象。日蚀的发生,也同地球、月球和太阳的相对位置有关。当月球运行到太阳与地球之间时,对地球上的部份地区来说,月球位于太阳前方,因此来自太阳的光线被部份或全部挡住。看起来好像是太阳的一部份或全部消失了。日蚀只在朔,即月相呈现新月、月球与地球呈现下合状态时才会发生。 

超级黑洞 

黑洞是一类质量极大的天体。由于质量太大,巨大的引力作用使得光线都无法逃逸。因此黑洞其实是无法直接观测到的。但是科学家们可以通过周围物质被吸引的情况,来判断黑洞的位置。 

在距离地球6,000万光年的宇宙深处有一个星系叫做NGC 1365。这个螺旋星系有个非常活跃的核心区域,不断的吞噬着周围的星系物质。天文学家相信那里是一个超级黑洞。

一旦物质进入了黑洞附近的一定范围,就再也不可能逃脱,这个边界在天文学中叫做“无归点”

大量的星系物质被巨大的引力吸引,迅速的被拖向黑洞。一旦物质进入了黑洞附近的一定范围,就再也不可能逃脱,这个边界在天文学中叫做“无归点”(或“事界”--event horizon)。当物质越过“无归点”前,它们将被加热到数百万度,放射出强烈的X光。 

观测这样的物质,要归功于美国航天局(NASA)的钱德拉X光望远镜,正是它看到了黑洞周围盘状结构气体物质所发出的X光。 

难得的“黑洞蚀” 

但是要直接测量这些物质的范围,并不容易。科学家们利用了一次“黑洞蚀”机会,终于看清了黑洞周围盘状结构气体物质的大小。 

对于日蚀、月蚀的发生,我们知道,是地球、月球和太阳的相对位置造成的。而“黑洞蚀”的发生很偶然,这是地球、NGC 1365星系中的一些巨大气体团和黑洞的相对位置决定的。这里巨大的气体团扮演了日蚀过程中月亮的角色,它挡住了黑洞周围的物质盘发出的X光。 

“黑洞蚀”给天文学家绝好的机会,测量物质盘的大小,或者说,黑洞的这道大餐的规模。结果发现放射X射线的物质盘的直径是7个天文单位,也就是太阳到地球距离的7倍。换句话讲,如果这个盘状结构在太阳系中,它将吞没火星到小行星轨道范围内的一切。

但是在浩瀚的宇宙中,这样的距离微不足道。它只有NGC 1365星系本身的1/20亿。而大约相当于黑洞本身大小(从无归点算起)的10倍。 

研究人员埃尔维斯(Martin Elvis)表示,盘状结构中的物质距离黑洞太近了,它们将不可避免的在引力作用下越过无归点,被黑洞吞噬。科学家们还估计了黑洞吃掉这顿大餐的时间,大约是100年的时间,这在宇宙中只是转瞬之间。 

研究人员还推算出了高密度气体云的位置--距离黑洞无归点大约1%光年,这比人们预计的要近得多。 

太空传奇 

类似NGC 1365H中心这样的活跃星系核属于宇宙中最亮的物质。科学家们相信,对它们的研究有助于解开宇宙历史上的很多谜团,但是目前人们了解的知识还是非常少的一点。 

黑洞的存在,很长时间里只是根据现代物理学理论,作出的一个预言。

由于黑洞本身不能直接观测,加上任何物质一旦进入就无法逃脱,因此人们对于黑洞的性质,尤其是黑洞内部的情况知之甚少。其实黑洞的存在,很长时间里只是根据现代物理学理论,作出的一个预言。 

那么这些不断吞吃周围物质的黑洞们最终会甚么样呢?英国著名科学家、时间简史作者霍金认为,黑洞将逐渐依放射线的方式挥发,直至消失,一切内部的信息都将消失。但是也有很多科学不买帐,他们认为,信息是不灭的,而是去了其他甚么地方。那么究竟是甚么地方呢? X

这是艺术家描述的“黑洞蚀”过程。左侧为钱德拉望远镜;右面中心的黑色球体代表黑洞范围(从无归点算起),周围的光亮盘状结构为被加热至数百万度,释放X光的物质。这些物质将被黑洞吞噬;外围的团状结构为气态云团。上图:盘状结构的X光可以直接被钱德拉捕获。下图:盘状结构的X光被云团遮挡,造成“黑洞蚀”。(NASA/CXC/M.Weiss)

 

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