金牌黑洞

■康旻

世界上最大的黑洞是哪一個(gè)？美國加利福尼亞州伯克利大學(xué)的天文學(xué)家發(fā)現(xiàn)兩個(gè)質(zhì)量相當(dāng)于100億顆太陽的“巨獸”級黑洞。它們那張連光也吞掉的大嘴，足有整個(gè)太陽系的5倍大。

這兩個(gè)新出爐的黑洞冠軍分別居住在離地球約3億光年遠(yuǎn)的兩個(gè)不同星系里，可能是由一些早期宇宙黑暗類星體的遺骸所形成的。伯克利大學(xué)的天文學(xué)教授馬中佩表示，早期宇宙有很多類星體或活躍星系核，一般認(rèn)為，它們的能量是來自于質(zhì)量有100億顆太陽那么大的超大質(zhì)量黑洞。像這次新發(fā)現(xiàn)的這兩個(gè)超大質(zhì)量黑洞，因?yàn)樵谫|(zhì)量大小上與年輕的類星體近似，未來它們很可能會在天文學(xué)解釋類星體如何演化成超大質(zhì)量黑洞時(shí)扮演關(guān)鍵角色。

黑洞因物質(zhì)密度極高而形成強(qiáng)大重力場，甚至光都不能逃脫它。一個(gè)質(zhì)量如一顆太陽的小黑洞，或許由恒星爆炸或超新星就可以產(chǎn)生，但是一顆超大質(zhì)量黑洞的質(zhì)量來源又是什么呢？一般認(rèn)為，應(yīng)該是由于黑洞合并，或是由于攫取大量恒星或者大量氣體而來。馬中佩教授等人組成的團(tuán)隊(duì)新發(fā)現(xiàn)的兩個(gè)黑洞，一個(gè)位于橢圓星系NGC 3842中央，在獅子座方向，是獅子座星系團(tuán)最亮的一個(gè)星系，距離我們有3.2億光年遠(yuǎn)。第二個(gè)黑洞和第一個(gè)的質(zhì)量在伯仲之間，位于后發(fā)座方向，橢圓星系NGC 4889的中央，同樣，它也是該星系團(tuán)中最亮的星系。

據(jù)研究人員指出，以這兩個(gè)新科黑洞的“狀元”和“榜眼”來說，其事件視界的大小約等于地球繞太陽公轉(zhuǎn)軌道的200倍，亦即冥王星軌道的5倍大。若以環(huán)繞在事件視界以外，球體狀的一個(gè)黑洞重力場影響所及范圍而論，寬幅達(dá)4000光年。以質(zhì)量論，和位于我們銀河系中央的黑洞相比，這兩顆超超大黑洞質(zhì)量是我們的2500倍，并且銀河系這顆黑洞的事件視界，大約只有水星軌道1/5而已，差得遠(yuǎn)啰！

這些先前從來沒被發(fā)現(xiàn)過的超大黑洞雖然有著相當(dāng)于100億顆太陽的質(zhì)量，非常驚人，不過有可能因?yàn)樗鼈兯幼〉泥徑鼌^(qū)域相當(dāng)“安靜”的緣故，所以它們一直在靜默中低調(diào)而行，從不曾被發(fā)現(xiàn)。馬中佩教授表示，100億年前，當(dāng)時(shí)景象的敘述可能像這樣：那時(shí)，這些黑洞只是一些極活躍的年輕類星體，大量地吞吃著附近的氣體和塵埃，幾乎把四周物質(zhì)都吃得精光。僥幸存留的那些氣體后來形成恒星，繼續(xù)安安靜靜地在各自軌道上運(yùn)動。這些黑洞不但是過去有著像“巨獸”一樣“大吞猛吃”的特性，就連它所住的星系本身也實(shí)在是超級大的“巨獸”星系，里頭蘊(yùn)藏著約1兆顆恒星。經(jīng)過時(shí)間的洗禮，現(xiàn)在它們低調(diào)地定居在星系團(tuán)中央大約核心的位置。

大多數(shù)天文學(xué)家相信，幾乎所有星系中央都有一個(gè)超大質(zhì)量黑洞。星系越大它的黑洞就越大。目前所發(fā)現(xiàn)最大的黑洞，清一色全都位于橢圓星系，而橢圓星系則被認(rèn)為是由兩個(gè)旋臂星系合并的結(jié)果。馬中佩發(fā)現(xiàn)，要是兩個(gè)橢圓星系再進(jìn)一步合并的話，就可能會產(chǎn)生最大的橢圓星系，或是將近100億顆太陽質(zhì)量的超大質(zhì)量黑洞！這些超大質(zhì)量黑洞還可以經(jīng)由吃下更多由星系合并所遺留的氣體而增長，使身形更加壯碩，“多重合并是超級巨獸的最佳養(yǎng)成法之一”。

為了找到這些巨獸級黑洞，馬中佩和其他來自伯克利大學(xué)、多倫多大學(xué)和得克薩斯州立大學(xué)的觀測天文學(xué)家展開合作，其中一位天文學(xué)家，卡爾還帶來M87的黑洞質(zhì)量計(jì)算結(jié)果。接著他們也運(yùn)用到可見光學(xué)領(lǐng)域的凱克天文臺和雙子星天文臺，及位于得克薩斯州的麥克唐納天文臺，在多方協(xié)助下取得了好幾個(gè)大質(zhì)量橢圓星系中央散漫星光的光譜資料。這些大質(zhì)量橢圓星系有共同的特色，他們?nèi)际歉餍窍祱F(tuán)中最亮的星系。目前為止，該團(tuán)隊(duì)分析這兩個(gè)星系中恒星軌道速度之后，已計(jì)算得出在兩個(gè)星系的中央位置，各有著質(zhì)量大約和類星體質(zhì)量相仿的天體。由于這個(gè)質(zhì)量這么大的物體是存在于一個(gè)不到幾百光年寬的距離里，它到底是什么來頭？天文學(xué)家的結(jié)論是：超大質(zhì)量黑洞。

對一位天文學(xué)家來說，找到這么兩個(gè)貪食無厭的巨獸黑洞有什么感想呢？馬中佩回答：“拿一個(gè)2.75米高的巨人來說吧，人人好奇的是，到底他們?yōu)槭裁撮L得如此高大呢？假設(shè)從前你只看過這些巨人的骸骨化石，而有一天，當(dāng)你親眼見到一個(gè)活生生的，將近3米高的巨人矗立在眼前時(shí)，恐怕只會更想弄清楚：究竟他為什么長這么高呢？”或許最近這個(gè)難得的新研究結(jié)果有機(jī)會可以幫我們回答，巨人罕見的2.75米身高，到底是先天遺傳，或是后天因素？搞不好他就像卡通里的大力水手一樣，只是菠菜吃得比較多??？