科学家真的找着黑洞了吗？

黑洞！以往颇为光亮的恒星，逐渐变得暗淡无光，在自身引力的影响下不断坍缩，到了最后，不管什么东西，哪怕是光，也敌不住强大引力而被吸入其中，再也逃不出来。听起来可像科幻小说的情节？不过，许多天文学家却认为，黑洞在宇宙中也许十分常见。你有兴趣多认识它一下吗？让我们从北天球的星座之一——迷人的天鹅座——说起吧！

天鹅座X-1是黑洞吗？

自60年代以来，天文学家一直对天鹅座的一个特殊区域深感兴趣。根据在地球大气层以外运行的观测器的发现，这个区域是个强力的X射线源，称为天鹅座X-1。

科学家早就知道，物体的温度越高，它所释放出的波长较短、能量较高的电磁波就越多。你要是把铁块放在高温的熔炉里烧，铁块会逐渐变红。随着铁块的温度持续上升，铁块的颜色就由红色转为黄色，最后由黄色转为白色。恒星在这方面跟铁块十分相似。温度相对较低的恒星，即温度为3000K（开尔文温标a）左右的恒星，表面呈红色；温度相对较高的恒星，像表面温度接近6000K的太阳，则呈黄色。不过，星际气体的温度得增加至数百万开氏度，才会释出像天鹅座X-1那么强烈的X-射线辐射。然而，天上可没有恒星会有这么高的表面温度。

在天鹅座X-1的天区位置中，天文学家发现一颗表面温度估计有3万K的恒星——不错，温度确实很高，却仍然跟发出强力X-射线的温度相距甚远。这颗恒星的编号是HDE226868，据估计质量约是太阳的30倍，跟地球相距6000光年。这颗超巨星有一颗伴星，两者互相绕转，周期为5.6天。科学家计算出这颗伴星跟HDE226868的距离只有数百万公里。据若干资料显示，伴星的质量大约相当于十个太阳。可是，这颗伴星却有点不对劲——它是隐而不现的。一般来说，体积这么巨大，距离地球又不远的恒星，应该是我们肉眼看得见的。科学家说，这样的庞然大物，看来释出强烈的X-射线之余，却没有发出可见的光，就很可能是个黑洞了。

黑洞之旅

试想象你有幸到天鹅座X-1一游。假若它真的是个黑洞，你看见的就很可能像17页的插图所描绘的一样了。图中的巨大恒星就是HDE226868。虽然这颗星的直径达数百万公里，黑洞的直径却也许只有60公里。这团发光气体的旋涡中央的小黑点就是视界，即黑洞的边界。视界不是有形可见的，而是像一团黑影。视界把黑洞和外面的宇宙划分开来；视界以内的范围是个极强的引力场，以致连恒星本身所发出的光也逃不出来。不少科学家认为，在视界以内黑洞的正中央，有个称为奇点的区域。奇点没有体积，密度却无限高，所有掉进黑洞去的东西就都在这里全然消失。

黑洞正不断吸取伴星的外层气体。伴星的气体开始旋转得越来越快，并且与黑洞的四周发生摩擦，温度持续急升，而顿时变得像个发光的碟子。气体在黑洞强大引力的影响之下，速度激增至无法想象的地步，于是，这个温度极高的气体碟子就在黑洞以外发出X-射线。当然，气体一旦给扯进黑洞里去，就再没有X-射线——或任何别的东西——可以逃出来了。

天鹅座X-1无疑蔚为奇观，不过你可千万别靠得太近！天鹅座X-1所发出的X-射线不但能置人于死，它本身的强大引力也足以杀人于无形。你要是站在地球上，你的头和脚所受的引力是稍有不同的。这种引力方面的差异会产生拉力，只是拉力极小，人们感受不到。可是，在天鹅座X-1的区域中，这种引力差异会骤增1500亿倍，这时候，引力差异所导致的拉力就仿佛一双无形的手，能实际把你的头和脚往相反方向拉开，立时教你粉身碎骨！

天鹅A——超量级黑洞？

天鹅座还有另一个神秘诡异的区域。肉眼看来，它只是个遥远星系所构成的朦胧光点，然而它所发出的无线电波的强度在太空中却是数一数二的。这个天区叫作天鹅A。自科学家在五十多年前发现了它以来，就一直为它伤透脑筋。

仅是想象天鹅A的规模，已足以教人瞠目结舌。天鹅座X-1位于我们的星系以内，距离我们只有数千光年之遥。可是，天文学家却认为天鹅A远在数亿光年之外。天鹅座X-1跟它的可见伴星相距约只有1光分b，然而在天鹅A中，由两股无线电波束所形成的卷流却相距数十万光年。显然，天鹅A中央有某些东西一直仿佛一支发射宇宙射线的枪一般，以相反方向发射强大的能量，已达数十万年或甚至数百万年之久。天鹅A中央的详细无线电波图显示，要是把射线枪与无线电波束相比，射线枪十分细小，所占的范围小于1光月。于上述这么长的时间中，射线枪要是一直在摇晃，射出的光束就该呈弯弯曲曲的样子才对。可是，射线枪射出的神秘光束却笔笔直直，仿佛有个巨型陀螺仪把射线枪固定下来似的。

这种现象到底是由什么促成的呢？基普·索恩教授写道：“80年代早期，人们就这副中央能量发射器提出许多不同的解释，当中只有一个谈到寿命长、范围小于1光月、能够发出强力射线的超级陀螺仪。这个独特见解指向的，正是个体积巨大、高速自转的黑洞。”

其余可能是黑洞的星体

1994年，新修好的哈勃太空望远镜曾向“邻近”的M87星系作过近距离观察。据估计M87距离我们5000万光年。借着哈勃太空望远镜这副先进的光学仪器，人们发现星系中央有个由气体形成的旋涡，正以每小时200万公里的惊人速度绕着某个物体运转。什么东西促使气体以这样的高速转动呢？计算结果显示，旋涡中心物体的质量必定至少相当于20亿个太阳之巨。可是，这个庞然巨物却给挤在只有我们太阳系般大小的“细小”空间之中。科学家惟一想得出的，就是这个巨物必然是个超量级黑洞，因此才会出现这样的情形。

天文学家现已在几个邻近星系的中央，探测到一些可能是黑洞的星体。我们的“邻居”，距离地球约只有200万光年的仙女星系，就是其中之一。不过，也许有个巨大黑洞甚至比仙女星系更靠近我们！据最近的观察所得，在我们的星系银河系中央，就可能有个巨型黑洞！在某个细小的区域内，一个估计质量约等于240万个太阳的东西，正促使银河系中央附近的恒星以极高的速度绕着它运行。物理学家索恩解释说：“据在80年代陆续搜集到的证据显示，这样的洞不仅在大部分类星体和射电星系的核心中常常可找得着，像银河系和仙女星系这些巨大、正常（非射电）星系，也大都有这样的洞。”

科学家真的找着黑洞了吗？有这个可能。无可否认，他们的确在天鹅座和别的天区中发现了一些未为人知的东西，是目前的人可以解释为黑洞的。不过，新数据却往往可以驳斥人们一向认同的理论。

三千五百多年前，上帝曾向约伯问道：“你知道天的定例吗？”（约伯记38:33）纵使科学发展已一日千里，这个问题仍旧值得现代人深思。毕竟，每逢人以为自己对宇宙已开始有若干认识的时候，就总会有些崭新而出乎意料的发现，把人们之前仔细构想出来的理论一一推翻。不管怎样，让我们照样仰望夜空，欣赏天上森罗万象，由衷赞叹众星之美和造物之奇吧！

［脚注］

［第16,17页 的附栏］

黑洞的形成

按现代科学家理解，恒星的引力和核子力无休止地互相抗衡，于是令恒星发光。要是没有引力把气体挤进恒星的深处去，核聚变就不能产生。在另一方面，要是没有核聚变跟向内的引力抗衡，恒星就可能经历一些奇异的变化。

科学家认为，像我们的太阳一般大小的恒星一旦耗尽氢和氦这两种核燃料，就会给自己的引力压缩，成为大小像地球一样、温度高的白矮星。白矮星的质量也许跟太阳相等，可是却给挤在只得太阳体积的百万分之一的空间之中。

请想想一般物质的结构是怎样的：在构成物质的原子内，大部分是空间，而质量则差不多全都集中在细小的核心附近，核心四周围着电子云，电子云所占的空间比核心部分大得多。可是，在白矮星的内部，引力把电子云挤在只有原来体积的一小部分的空间之中，使恒星体积变得只有行星一般大。像我们太阳般大小的恒星发展到这个地步时，引力和被挤在一起的电子所产生的排斥力就达到平衡，而恒星也就不再坍缩下去。

不过，恒星要是比太阳重，自身引力随之而增，情形又会怎样呢？恒星的质量若是太阳的1.4倍以上，由于自身引力更大，电子云就会给压缩至不再存在。于是，质子和电子合并成中子。引力要是不太强，中子的力会足以抵抗引力的压力，恒星也就停止坍缩。这时候，恒星不再是只有行星般大小的白矮星，而是演化成体积像小行星一样的中子星。据知，中子星是由宇宙中密度最高的物质所组成的。

那末，引力要是再进一步增加，又会有什么事情发生呢？科学家认为，恒星的质量要是有太阳三倍那么大，引力就会强大到连中子也抵受不了。事实上，以物理学家所知，世上根本没有任何物质能与这股强大的引力抗衡。因此，小行星般大小的中子星会无限地向核心坍缩，也不只是坍缩成更小的球体，而是坍缩成一点，称为奇点，或某种尚未能以理论解释得清楚的东西。到了这个地步，恒星看来消失了，在恒星原来所在之处残留下来的就只有引力和黑洞。黑洞取代了恒星原来的位置，形成像团黑影般的引力场。黑洞是个极强的引力场，因此不管什么东西，哪怕是光，也休想逃得出它的魔掌。

［第16页的图片］

天鹅座中的北美洲星云（1）和网状星云（2）。天鹅座X-1（3）位于天鹅的颈项上

天鹅座

［鸣谢］

Tony and Daphne Hallas/Astro Photo

Tony and Daphne Hallas/Astro Photo

［第17页的图片］

理论上的天鹅座X-1

人们借着探测黑洞对别的天体所产生的影响而找出黑洞的所在之处。本页的插图显示黑洞正怎样把恒星的气体吸进洞里去

画家构想出来的黑洞（红色方框）和放大影像（下图）

［第14页的图片鸣谢］

Einstein: U.S. National Archives photo