难得一见的天象 神奇的黑洞蚀

作者:方洪 发表:2007-05-26 07:49
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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」。(图片来源:NASA/CXC/M.Weiss)


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。

我们知道有日蚀丶月蚀,那麽这「黑洞蚀」是怎麽回事?还是让我们看看天文学家怎麽说。

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,太阳丶地球丶月球恰好(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,也同地球丶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,月球位於太阳前方,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,即月相呈现新月丶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。由於质量太大,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。

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,要归功於美国航天局(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,终於看清了黑洞周围盘状结构气体物质的大小。

对於日蚀丶月蚀的发生,我们知道,是地球丶月球和太阳的相对位置造成的。而「黑洞蚀」的发生很偶然,这是地球丶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。而大约相当於黑洞本身大小(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於宇宙中最亮的物质。科学家们相信,对它们的研究有助於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。

由於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,因此人们对於黑洞的性质,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。

那麽这些不断吞吃周围物质的黑洞们最终会甚麽样呢?英国着名科学家丶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,而是去了其他甚麽地方。那麽究竟是甚麽地方呢?新纪元周刊第17期

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来源:新纪元周刊第17期

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