贪婪的宇宙掠夺者(1) | 唐山科普在线唐山市科学技术协会主办

如果将宇宙比做一个无边无际的浴盆，那么黑洞就是这个超级浴盆的下水道。它那巨大无比的引力，形成了一个极强的旋涡，任何靠近它的物质都会被统统吸进去。黑洞犹如一个神秘的监狱，它将所有的东西牢牢囚禁在里面，甚至连光线也无法逃脱。黑洞就像一个永远吃不饱的魔鬼，它不断地吞噬物质，将它们压碎，自己则慢慢地长大。
实际上，将宇宙比做一个浴盆是很恰当的。对于一个微小物体来讲，水管是一个房间的浴盆通向其他房间浴盆的惟一通道。而黑洞则是我们的宇宙与理论上可能存在的无数其他宇宙间联系的惟一路径。任何物理定律在黑洞中都全部失效，质量也非物质化。黑洞的边缘是个有去无回的界限，物质在被吸入时会发射出极强的X射线，如同临终前发出的绝望哀叹。也正是这绝望哀叹才使我们“看见”黑洞。
“黑洞”这个词是不久前才出现的。美国物理学家约翰·惠勒（John Wheeler）为了形象描述这种神奇的天体，于1967年创造了这个颇具神秘色彩的术语。惠勒把黑洞比作《艾丽丝漫游奇境记》中的坏女人，她只在临死前露出一丝微笑。“引力微笑”是恒星坍缩成黑洞或被另一个黑洞吞没时的惟一迹象。正是在引力微笑的指引下，我们得以在神奇的宇宙中去发现黑洞这个贪婪的掠夺者。黑洞为我们解答许多科学难题提供了线索，引导我们在没有边界、超越了时空概念的无数宇间遨游。
贪婪的黑洞原来是恒星
实际上，黑洞要领的提出已经有200多年了。1783年，英国人约翰·米歇尔（John Michell）第一个提出存在质量足够大足够紧密的恒星——它的引力是如此强大，以致连光线都不能逃逸。几年后，法国科学家皮埃尔-西蒙·德·拉普拉斯（Pierr-Simon de Laplace）也在他的《世界系统》一书中提出了和米歇尔类似的观点，但非常有趣的是，此书的第三版和以后的版本中再也不提此事了，或许他觉得这个想法过于荒诞了。在一个多世纪以后，德国的天文学家卡尔·施瓦西（Karl Schwarzschild）于1916年求解出了爱因斯坦广义相对论议程的第一个严格解。这个解预示可能存在一类巨大天体，这就是60年代后人们所称的“黑洞”。第一次“看到”黑洞是在1971年，那时通过1970年12月12日美国发射的小型天文卫星“自由号”（Uhuru），发现了一个来自天鹅座区域的很强的X射线脉冲源，它被命名为天鹅座X-1，这是第一个被具体确认的黑洞。从那以后，黑洞变成了天体物理学的热门课题。今天，我们对黑洞的形成过程已有很多了解，简单地说，黑洞是质量巨大的恒星在超新星爆发后坍缩（即自身极强烈的收缩）而成的。我们可以把黑洞想像成一个巨大的“磨碎机”，它把吸进的物质磨碎。它的中心被称为“磨碎点”，也就是所谡的“奇点”。在此“奇点”，科学定律和我们预测未来的能力都失效了。黑洞的边界被称为“视界”，这是一个有去无回的界面，只要跨过这一界面就落入了黑洞的内部。不过假设有人不幸掉进去的话，他首先看到的是被黑洞捕获的光线，而且这些光线呈螺旋状进入引力旋涡。

逐渐展露面目的黑洞
人们猜想，包括银河系在内的众多星系的中心区域都有许多黑洞。有许多迹象都支持这种猜想。我们可以观测到，太空中有一些物质围绕一个中心极快地旋转，这表明存在一个引力巨大的引力中心——黑洞。而黑洞及其伴星发射的X射线国辐射则将研究带到了更清晰的层面。第一个落网的黑洞是天鹅座X-1，它的质量是太阳的6倍，距地球8000光年。这个黑洞的伴星是一个质量超过太阳20倍的蓝超巨星，它发射的气体尘埃形成一个称为“吸积盘”的气体圆盘，正是这个吸积盘表明了黑洞的存在。
在我们的银河系内，其他一些天体也已呈递了表明自己黑洞身份的证书。例如，距地球8000光年的AO620-22和尚未测出距离的GX339-4，与麦哲伦云毗邻的两个天体LMCX-1和LMCX-3等。其他河外星系中同样发现了可能的黑洞，它们以每秒千万公里的速度吸进星际气体并喷出强大的射流。
目前已知的保持最高纪录的黑洞是质量超过太阳50亿倍、位于室女座的M87星系。在这个黑洞面前，我们的星球简直是轻如鸿毛。
许多星系的核心都可能隐藏着相当数量的黑洞，如同银河系的核心那样，那里是许多年老恒星的共同坟墓。一个有待验证的黑洞是人马座A，它是一个双星系统，而且应该有一个巨大的吸积盘，并能发射巨大的能量。它虽然还不敢与M87星系的实体竞争，但也非同小可——其质量可能是太阳的350万~500万倍。