科學家真的找著黑洞了嗎？

黑洞！以往頗為光亮的恆星，逐漸變得暗淡無光，在自身引力的影響下不斷坍縮，到了最後，不管什麼東西，哪怕是光，也敵不住強大引力而被吸入其中，再也逃不出來。聽起來可像科幻小說的情節？不過，許多天文學家卻認為，黑洞在宇宙中也許十分常見。你有興趣多認識它一下嗎？讓我們從北天球的星座之一——迷人的天鵝座——說起吧！

天鵝座X-1是黑洞嗎？

自60年代以來，天文學家一直對天鵝座的一個特殊區域深感興趣。根據在地球大氣層以外運行的觀測器的發現，這個區域是個強力的X射線源，稱為天鵝座X-1。

科學家早就知道，物體的溫度越高，它所釋放出的波長較短、能量較高的電磁波就越多。你要是把鐵塊放在高溫的熔爐裡燒，鐵塊會逐漸變紅。隨著鐵塊的溫度持續上升，鐵塊的顏色就由紅色轉為黃色，最後由黃色轉為白色。恆星在這方面跟鐵塊十分相似。溫度相對較低的恆星，即溫度為3000K（開爾文溫標a）左右的恆星，表面呈紅色；溫度相對較高的恆星，像表面溫度接近6000K的太陽，則呈黃色。不過，星際氣體的溫度得增加至數百萬開氏度，才會釋出像天鵝座X-1那麼強烈的X-射線輻射。然而，天上可沒有恆星會有這麼高的表面溫度。

在天鵝座X-1的天區位置中，天文學家發現一顆表面溫度估計有3萬K的恆星——不錯，溫度確實很高，卻仍然跟發出強力X-射線的溫度相距甚遠。這顆恆星的編號是HDE226868，據估計質量約是太陽的30倍，跟地球相距6000光年。這顆超巨星有一顆伴星，兩者互相繞轉，周期為5.6天。科學家計算出這顆伴星跟HDE226868的距離只有數百萬公里。據若干資料顯示，伴星的質量大約相當於十個太陽。可是，這顆伴星卻有點不對勁——它是隱而不現的。一般來說，體積這麼巨大，距離地球又不遠的恆星，應該是我們肉眼看得見的。科學家說，這樣的龐然大物，看來釋出強烈的X-射線之餘，卻沒有發出可見的光，就很可能是個黑洞了。

黑洞之旅

試想像你有幸到天鵝座X-1一遊。假若它真的是個黑洞，你看見的就很可能像17頁的插圖所描繪的一樣了。圖中的巨大恆星就是HDE226868。雖然這顆星的直徑達數百萬公里，黑洞的直徑卻也許只有60公里。這團發光氣體的旋渦中央的小黑點就是視界，即黑洞的邊界。視界不是有形可見的，而是像一團黑影。視界把黑洞和外面的宇宙劃分開來；視界以內的範圍是個極強的引力場，以致連恆星本身所發出的光也逃不出來。不少科學家認為，在視界以內黑洞的正中央，有個稱為奇點的區域。奇點沒有體積，密度卻無限高，所有掉進黑洞去的東西就都在這裡全然消失。

黑洞正不斷吸取伴星的外層氣體。伴星的氣體開始旋轉得越來越快，並且與黑洞的四周發生摩擦，溫度持續急升，而頓時變得像個發光的碟子。氣體在黑洞強大引力的影響之下，速度激增至無法想像的地步，於是，這個溫度極高的氣體碟子就在黑洞以外發出X-射線。當然，氣體一旦給扯進黑洞裡去，就再沒有X-射線——或任何別的東西——可以逃出來了。

天鵝座X-1無疑蔚為奇觀，不過你可千萬別靠得太近！天鵝座X-1所發出的X-射線不但能置人於死，它本身的強大引力也足以殺人於無形。你要是站在地球上，你的頭和腳所受的引力是稍有不同的。這種引力方面的差異會產生拉力，只是拉力極小，人們感受不到。可是，在天鵝座X-1的區域中，這種引力差異會驟增1500億倍，這時候，引力差異所導致的拉力就彷彿一雙無形的手，能實際把你的頭和腳往相反方向拉開，立時教你粉身碎骨！

天鵝A——超量級黑洞？

天鵝座還有另一個神祕詭異的區域。肉眼看來，它只是個遙遠星系所構成的朦朧光點，然而它所發出的無線電波的強度在太空中卻是數一數二的。這個天區叫作天鵝A。自科學家在五十多年前發現了它以來，就一直為它傷透腦筋。

僅是想像天鵝A的規模，已足以教人瞠目結舌。天鵝座X-1位於我們的星系以內，距離我們只有數千光年之遙。可是，天文學家卻認為天鵝A遠在數億光年之外。天鵝座X-1跟它的可見伴星相距約只有1光分b，然而在天鵝A中，由兩股無線電波束所形成的捲流卻相距數十萬光年。顯然，天鵝A中央有某些東西一直彷彿一支發射宇宙射線的槍一般，以相反方向發射強大的能量，已達數十萬年或甚至數百萬年之久。天鵝A中央的詳細無線電波圖顯示，要是把射線槍與無線電波束相比，射線槍十分細小，所佔的範圍小於1光月。於上述這麼長的時間中，射線槍要是一直在搖晃，射出的光束就該呈彎彎曲曲的樣子才對。可是，射線槍射出的神祕光束卻筆筆直直，彷彿有個巨型陀螺儀把射線槍固定下來似的。

這種現象到底是由什麼促成的呢？基普·索恩教授寫道：「80年代早期，人們就這副中央能量發射器提出許多不同的解釋，當中只有一個談到壽命長、範圍小於1光月、能夠發出強力射線的超級陀螺儀。這個獨特見解指向的，正是個體積巨大、高速自轉的黑洞。」

其餘可能是黑洞的星體

1994年，新修好的哈勃太空望遠鏡曾向「鄰近」的M87星系作過近距離觀察。據估計M87距離我們5000萬光年。藉著哈勃太空望遠鏡這副先進的光學儀器，人們發現星系中央有個由氣體形成的旋渦，正以每小時200萬公里的驚人速度繞著某個物體運轉。什麼東西促使氣體以這樣的高速轉動呢？計算結果顯示，旋渦中心物體的質量必定至少相當於20億個太陽之巨。可是，這個龐然巨物卻給擠在只有我們太陽系般大小的「細小」空間之中。科學家惟一想得出的，就是這個巨物必然是個超量級黑洞，因此才會出現這樣的情形。

天文學家現已在幾個鄰近星系的中央，探測到一些可能是黑洞的星體。我們的「鄰居」，距離地球約只有200萬光年的仙女星系，就是其中之一。不過，也許有個巨大黑洞甚至比仙女星系更靠近我們！據最近的觀察所得，在我們的星系銀河系中央，就可能有個巨型黑洞！在某個細小的區域內，一個估計質量約等於240萬個太陽的東西，正促使銀河系中央附近的恆星以極高的速度繞著它運行。物理學家索恩解釋說：「據在80年代陸續搜集到的證據顯示，這樣的洞不僅在大部分類星體和射電星系的核心中常常可找得著，像銀河系和仙女星系這些巨大、正常（非射電）星系，也大都有這樣的洞。」

科學家真的找著黑洞了嗎？有這個可能。無可否認，他們的確在天鵝座和別的天區中發現了一些未為人知的東西，是目前的人可以解釋為黑洞的。不過，新數據卻往往可以駁斥人們一向認同的理論。

三千五百多年前，上帝曾向約伯問道：「你知道天的定例嗎？」（約伯記38:33）縱使科學發展已一日千里，這個問題仍舊值得現代人深思。畢竟，每逢人以為自己對宇宙已開始有若干認識的時候，就總會有些嶄新而出乎意料的發現，把人們之前仔細構想出來的理論一一推翻。不管怎樣，讓我們照樣仰望夜空，欣賞天上森羅萬象，由衷讚嘆眾星之美和造物之奇吧！

［腳注］

［第16,17頁的附欄］

黑洞的形成

按現代科學家理解，恆星的引力和核子力無休止地互相抗衡，於是令恆星發光。要是沒有引力把氣體擠進恆星的深處去，核聚變就不能產生。在另一方面，要是沒有核聚變跟向內的引力抗衡，恆星就可能經歷一些奇異的變化。

科學家認為，像我們的太陽一般大小的恆星一旦耗盡氫和氦這兩種核燃料，就會給自己的引力壓縮，成為大小像地球一樣、溫度高的白矮星。白矮星的質量也許跟太陽相等，可是卻給擠在只得太陽體積的百萬分之一的空間之中。

請想想一般物質的結構是怎樣的：在構成物質的原子內，大部分是空間，而質量則差不多全都集中在細小的核心附近，核心四周圍著電子雲，電子雲所佔的空間比核心部分大得多。可是，在白矮星的內部，引力把電子雲擠在只有原來體積的一小部分的空間之中，使恆星體積變得只有行星一般大。像我們太陽般大小的恆星發展到這個地步時，引力和被擠在一起的電子所產生的排斥力就達到平衡，而恆星也就不再坍縮下去。

不過，恆星要是比太陽重，自身引力隨之而增，情形又會怎樣呢？恆星的質量若是太陽的1.4倍以上，由於自身引力更大，電子雲就會給壓縮至不再存在。於是，質子和電子合併成中子。引力要是不太強，中子的力會足以抵抗引力的壓力，恆星也就停止坍縮。這時候，恆星不再是只有行星般大小的白矮星，而是演化成體積像小行星一樣的中子星。據知，中子星是由宇宙中密度最高的物質所組成的。

那末，引力要是再進一步增加，又會有什麼事情發生呢？科學家認為，恆星的質量要是有太陽三倍那麼大，引力就會強大到連中子也抵受不了。事實上，以物理學家所知，世上根本沒有任何物質能與這股強大的引力抗衡。因此，小行星般大小的中子星會無限地向核心坍縮，也不只是坍縮成更小的球體，而是坍縮成一點，稱為奇點，或某種尚未能以理論解釋得清楚的東西。到了這個地步，恆星看來消失了，在恆星原來所在之處殘留下來的就只有引力和黑洞。黑洞取代了恆星原來的位置，形成像團黑影般的引力場。黑洞是個極強的引力場，因此不管什麼東西，哪怕是光，也休想逃得出它的魔掌。

［第16頁的圖片］

天鵝座中的北美洲星雲（1）和網狀星雲（2）。天鵝座X-1（3）位於天鵝的頸項上

天鵝座

［鳴謝］

Tony and Daphne Hallas/Astro Photo

Tony and Daphne Hallas/Astro Photo

［第17頁的圖片］

理論上的天鵝座X-1

人們藉著探測黑洞對別的天體所產生的影響而找出黑洞的所在之處。本頁的插圖顯示黑洞正怎樣把恆星的氣體吸進洞裡去

畫家構想出來的黑洞（紅色方框）和放大影像（下圖）

［第14頁的圖片鳴謝］

Einstein: U.S. National Archives photo