銀河系中心隱藏神秘天體相當450萬個太陽

07-12

馬座A星，科學家希望能看到人馬座A星黑洞的黑色輪廓。（網路圖片）

銀河系中心有一片陰影，科學家一直認為，是一個超大質量黑洞留下的。在那裡，引力規則是至高無上的，周圍的光線被吞噬，將空間結構拉伸到拐點，但迄今從來沒有人真正看見過黑洞。這一切或許會在幾個月內改變。

對廣義相對論最嚴格檢驗

天文學家正在整合地球上多台微波望遠鏡資源，將其變成迄今最精確的天文觀測儀器。他們會將這隻「大眼」轉向銀河系中心一個超大質量黑洞所在位置，即代號為「人馬座A星」(Sag A)的黑洞。這個「微波巨眼」已拍攝到一張人馬座A星的迷人靚照。

一個由美國麻省理工學院赫斯塔克天文台(Haystack Observatory)天文學家舍普·多爾曼(Shep Doeleman)領導的一個研究團隊發表了多篇論文，足以證明人馬座A星黑洞的存在。

多爾曼及其團隊希望不久能看到人馬座A星黑洞的黑色輪廓。除此之外，他們還希望能看到墜向黑洞的物質，勾畫出黑洞遭扭曲的時空畫面。通過這些數據，科學家將得到黑洞形成和發展過程的信息。這些觀測數據還是迄今對愛因斯坦廣義相對論的最嚴格檢驗。廣義相對論預測了黑洞的存在。如果廣義相對論是錯誤的，多爾曼的團隊可能根本看不到黑洞，而是更加奇怪的東西。

質量相當於450萬個太陽

有一點可以確信，一個龐大的神秘天體隱藏於銀河系中心，因為它強大的引力影響著附近恆星和氣體的運動。這一神秘天體的質量是太陽的450萬倍，湧進了一個大小相當於內太陽系的區域。讓物質以如此緊密聚在一起的辦法十分罕見。一大群中子星或小質量黑洞均高度不穩定。所以，科學家認為最好的解釋就是超大質量黑洞。

超大質量黑洞被認為處於多數大星系的中心。在一些所謂的活動星系，大量氣體被捲入黑洞，在黑洞周圍形成一圈熾熱物質，常常令周圍數十億顆恆星變得黯然失色。銀河系顯然就沒有黑洞那麼好運氣，只能依靠附近恆星噴射的一層稀薄的氣體存活。隨著氣體向黑洞方向運轉，它會加熱並照亮黑洞，儘管看上去遠比活動星系內的圓盤狀物體昏暗。此時，從無線電到X光線，各類電磁輻射物噴射而出，場面蔚為壯觀。

黑洞自身確實不會發光，但它可以吞噬光。黑洞周圍氣體發出的光被吞噬，這樣一來，在熾熱的發光氣體的背景下，黑洞就成了一個陰影或輪廓。看到這片陰影絕非易事。它沒有輪廓鮮明的邊緣，因為我們依舊會在黑洞前面看到光和氣體釋放的其他放射物。另外，陰影範圍十分小。

按照愛因斯坦相對論的解釋，一個質量相當於450萬個太陽的超大質量黑洞的直徑應該為2700萬公里，即便其引力會讓附近光線彎曲，看上去是真正大小的兩倍，但這個黑洞看上去仍舊非常小。從地球上看去，這可能覆蓋大約50微角秒 (micro-arcsecond)的角度——這好比一個出現在月球上的足球，或是整條手臂上的一個細菌。

普通望遠鏡根本看不到這種小黑點。於是，多爾曼正通過一種成熟的技術「甚長基線干涉測量法」(very long baseline interferometry)探尋這種可能性。通過將全球各地天線的觀測數據結合起來，天文學家可以有效重建大型天線看到的物體——即便像地球一樣大的物體。由於小天線很少搜集光，VLBI望遠鏡生成的圖像可能並不理想，但它卻可以揭示更多的細節。

以前VLBI望遠鏡對銀河系中心的觀測距離太遙遠，根本看不清楚黑洞的陰影。最初，我們將穿透銀河系最擁擠的區域，在那裡，大量氣體驅散無線電波。哈佛大學天體物理學家艾維·羅布(Avi Loeb)說：「看上去就像是濃密的大霧令街燈的照片顯得很模糊。」更糟糕的是，黑洞周圍的氣體對大多數波長來說都是不透明的，這猶如給陰影上蒙上了一層紗。

圖像的清晰度基本上取決於觀測到的輻射物的波長，波越長並沒有讓我們獲得更清晰的照片，相反更模糊。幸運的是，如果望遠鏡可以在波長為1毫米左右的情況下工作，那麼上述問題全都迎刃而解。這種短波輻射可以穿透星際薄霧和氣體內的面紗。另外，從理論上講，如果一台望遠鏡的天線分布於數千公里的範圍內，其清晰度足以看到黑洞陰影。事實上，天線之間間隔越大，清晰度越好。

多爾曼的團隊在對VLBI望遠鏡進行改進後，令其可以在1.3毫米超短波範圍內工作。他們利用架設在亞利桑那州、加利福尼亞州和夏威夷州三地山頂的望遠鏡眺望太空，但觀測結果卻令人失望。儘管它們捕捉到人馬座A星中心區域的輻射信號，但卻沒有掌握獲取有關這個黑洞清晰照片的足夠信息。

揭開神秘陰影廬山真面目

多爾曼說：「我們具有匹配這一數據的兩種模型。」在第一個模型，人馬座A星看上去就像是一個中心有個大洞的炸面圈，這或許是個超大質量的黑洞。不幸的是，他們的觀測數據還顯示一團白色的噴射物質，並無明顯的黑洞陰影。即便如此，這些早期觀測數據也是人馬座A星確屬於黑洞的強烈跡象。據加拿大多倫多大學天文學家艾弗里·布羅德里克(Avery Broderick)介紹，研究結果表明它幾乎肯定具有「事件穹界」，即黑洞的重要特徵。

事件穹界是事實上並不存在的邊界，在這一邊界內，任何物質都逃不脫黑洞引力的控制。穿越這一範圍的物質會慢慢被吞噬，連輻射物都不會釋放。有些理論則認為，那其實不是黑洞，而是稱為玻色星體(boson star)的、由大量重量很輕的顆粒構成的球體，它們可能具有物理表面而非邊界。這些表面可能會被落在上面的氣體加熱。

布羅德里克同哈佛大學的羅布和拉梅甚·納拉亞(Ramesh Narayan)一道，分析了多爾曼的研究結果，認為如果人馬座A星具有一個表面，那麼這個表面可能熱得會發光，不斷釋放紅外光。事實上，天文學家尚未觀測到這種發光現象。他們總結認為，事件穹界給人馬座A星蒙上了一層外衣，讓我們根本看不到裡面的東西。

這一結論可能還存在諸多漏洞，所以，真正看到黑洞本身當然更好。多爾曼重返夏威夷，為增長望遠鏡的敏感度，他決定嘗試利用莫納克亞山頂上的三台望遠鏡而不是以前的一台。他表示：「我認為，我們已向大家證明我們可以做到這一點。」經過幾個月的處理，觀測數據最終會揭開銀河系中心神秘陰影的廬山真面目。

M104星系也被認為有一個大黑洞。（網路圖片）