宇宙之謎藏在這10個(gè)地方

自138億年前的那一場(chǎng)大爆炸中誕生以來(lái)，我們的宇宙經(jīng)歷了一個(gè)波瀾壯闊、異彩紛呈的演化歷史。雖然許多細(xì)節(jié)已為我們掌握，但正如蘇格拉底所說(shuō)“你知道得越多，你不知道的也就越多?！庇钪嬷幸廊挥性S多事情謎一樣讓人困惑，讓人抓癢……

從本期開(kāi)始，我們將以連載的方式介紹宇宙中10個(gè)最大、最激動(dòng)人心的謎團(tuán)，它們涉及行星、恒星、星系、黑洞以及其他奇怪而有趣的話題。讓我們現(xiàn)在就開(kāi)始吧。

7、行星KELT-11b

它是什么？

太陽(yáng)系外的“熱木星”

它在哪里？

在距離我們320光年的KELT-11恒星系中

涉及的謎團(tuán)

我們的太陽(yáng)系正常嗎？

當(dāng)行星從其所在“太陽(yáng)”系的母恒星前面掠過(guò)時(shí)，會(huì)遮擋住后者的部分光，導(dǎo)致母恒星亮度下降。我們通過(guò)這種辦法已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了三千多顆系外行星。行星KELT-11b就是其中的一員，它是在2016年被發(fā)現(xiàn)的。

KELT-11b的直徑是木星的1.4倍。但是當(dāng)天文學(xué)家計(jì)算它的質(zhì)量時(shí)，發(fā)現(xiàn)它只有木星質(zhì)量的20%。這意味著它的平均密度僅比泡沫塑料大一點(diǎn)點(diǎn)。這類(lèi)蓬蓬松松的行星我們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了不少，比如2018年發(fā)現(xiàn)的WASP-127b，就與KELT-11b非常相似。除了蓬松這一點(diǎn)，它們距離母恒星都很近。

這些像泡泡糖似的體積巨大，但其公轉(zhuǎn)軌道又很接近母恒星的氣態(tài)巨行星，在天文學(xué)上稱(chēng)作“熱木星”。我們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了不少熱木星。但是，它們的存在著實(shí)讓天文學(xué)家困惑。因?yàn)榛谖覀兲?yáng)系中行星形成的經(jīng)驗(yàn)，熱木星似乎是不應(yīng)該存在的，尤其它們不應(yīng)該在距離母恒星那么近的地方出現(xiàn)。

在太陽(yáng)系，距離太陽(yáng)較近的都是一些較小的巖石行星，水星、金星、地球等，而像木星、土星這樣的氣態(tài)巨行星，都離太陽(yáng)較遠(yuǎn)。為什么出現(xiàn)這種情況呢？按行星的形成理論，這是因?yàn)楫?dāng)行星形成時(shí)，太陽(yáng)的熱量將其周?chē)蟛糠謿怏w和揮發(fā)性物質(zhì)都驅(qū)趕到了更遠(yuǎn)、更冷的地方。揮發(fā)性物質(zhì)在那里凝結(jié)成固態(tài)核，然后吸聚大量氣體，形成氣態(tài)行星。所以氣態(tài)行星一般都形成于離母恒星較遠(yuǎn)的地方，而現(xiàn)在卻出現(xiàn)在這么近的地方，這就很奇怪。

對(duì)這一現(xiàn)象，目前有兩種解釋。

一種解釋認(rèn)為，這些熱木星最初是在遠(yuǎn)離母恒星的地方形成的，后來(lái)通過(guò)向內(nèi)遷移，才到達(dá)今天這個(gè)位置。但為什么會(huì)向內(nèi)遷移？為什么在遷移過(guò)程中不會(huì)直接掉到母恒星里去呢？這些問(wèn)題，依然有待解釋。

另一種解釋則說(shuō)，熱木星一開(kāi)始就形成于它們目前所在的位置上，它們之所以能膨脹起來(lái)，是由于其他一些原因。比如固態(tài)核形成之后，吸收了恒星的熱量，溫度越升越高，導(dǎo)致里面一些本來(lái)凝固的東西又揮發(fā)了;或者行星被來(lái)自恒星的風(fēng)或磁場(chǎng)重新“充氣”了……等等。

目前占主流的是向內(nèi)遷移說(shuō)。但真實(shí)原因到底是什么，依然是個(gè)未知數(shù)。

這類(lèi)奇怪的現(xiàn)象看得越多，我們就越要面對(duì)一個(gè)更廣泛的問(wèn)題：在宇宙中，到底誰(shuí)是正常的？是我們的太陽(yáng)系呢，還是那些擁有熱木星的恒星系？這就好比說(shuō)，一個(gè)世界上如果瘋子占大多數(shù)，那么瘋子才算是正常人，而神經(jīng)正常的人反倒成了例外。

我們的太陽(yáng)系是正常，還是例外？在這個(gè)問(wèn)題上，“法官”至今缺席，因?yàn)槲覀儗?duì)其他的恒星系統(tǒng)了解得還很少。

8、半人馬座A*

它是什么？

超大質(zhì)量黑洞

它在哪里？

銀河系中心，距離我們25640光年

涉及的謎團(tuán)

超大質(zhì)量黑洞是如何形成的？

如果你在夜空中觀察到天蝎座，請(qǐng)注意尋找“天蝎”的尾巴。它的尾巴曲線將把你的視線引入附近一片黑暗的區(qū)域，而那里正是銀河系的中心。

銀河系的中心盤(pán)踞著一個(gè)以“半人馬座A*”著稱(chēng)的超大質(zhì)量黑洞。它的質(zhì)量大得讓人咋舌，有400萬(wàn)個(gè)太陽(yáng)質(zhì)量重，但直徑僅有4400萬(wàn)千米。換句話說(shuō)，400萬(wàn)個(gè)太陽(yáng)質(zhì)量重的物質(zhì)都被壓縮到了水星軌道到太陽(yáng)這么小的一個(gè)空間。

盡管黑洞奇特而迷人，長(zhǎng)期以來(lái)是大家津津樂(lè)道的話題，但我們知道，它們是星系演化的自然產(chǎn)物。當(dāng)物質(zhì)凝聚形成恒星之后，其中一些恒星最終變得如此之大，以至于它們?cè)谧约旱囊ψ饔弥绿?，于是形成一個(gè)質(zhì)量在恒星量級(jí)的黑洞。

這些黑洞的質(zhì)量會(huì)隨著時(shí)間的推移繼續(xù)變大。它那強(qiáng)大的引力將周?chē)膲m埃、氣體甚至光都吸到它身邊，形成一個(gè)所謂的“吸積盤(pán)”。吸積盤(pán)中的物質(zhì)，一邊飛舞著，一邊彼此碰撞摩擦。最終，大部分都會(huì)被黑洞拉進(jìn)它的“事件視界”，讓人再也看不見(jiàn)。黑洞是個(gè)貪婪的“饕餮漢”：它吃得越多，獲得的質(zhì)量就越大，引力也就越強(qiáng);引力越強(qiáng)，它捕捉“獵物”的本領(lǐng)也越強(qiáng)，它就能吃到更多的東西。迄今觀察到的最大黑洞，每年要吞吃掉1/10個(gè)太陽(yáng)質(zhì)量的物質(zhì)。

但是，有一種情況也會(huì)阻止黑洞進(jìn)食，從而影響到它的成長(zhǎng)。吸積盤(pán)中的物質(zhì)劇烈摩擦之后，會(huì)放出強(qiáng)烈的輻射。而我們前面說(shuō)過(guò)了，光是可以產(chǎn)生光壓的。當(dāng)輻射很強(qiáng)烈的時(shí)候，光壓可以把物質(zhì)往外推，阻止它們掉入黑洞，這樣就延緩了黑洞的長(zhǎng)大。

考慮到這些情況，天文學(xué)家覺(jué)得，某些超大質(zhì)量黑洞從恒星量級(jí)長(zhǎng)到現(xiàn)在這么大，真是不可思議。銀河系中心的半人馬座A*比起迄今發(fā)現(xiàn)的最大黑洞來(lái)，簡(jiǎn)直只是個(gè)嬰兒。迄今發(fā)現(xiàn)的最大黑洞，位于一個(gè)叫做OJ 287的類(lèi)星體中心，距離我們35億光年。它有180億個(gè)太陽(yáng)質(zhì)量重。更令人困惑的是，已知最年老的（也就是最早出現(xiàn)的）超大質(zhì)量黑洞，當(dāng)宇宙只有7億年年齡的時(shí)候，就已經(jīng)長(zhǎng)到太陽(yáng)質(zhì)量的8億倍了。

這些超大質(zhì)量黑洞是怎么長(zhǎng)起來(lái)的？是日復(fù)一日不斷進(jìn)食長(zhǎng)起來(lái)的？但如果只是按部就班的話，7億年的成長(zhǎng)時(shí)間似乎太倉(cāng)促了點(diǎn)。

也許它們的成長(zhǎng)有一個(gè)更高的起點(diǎn)？比如說(shuō)，它們是由兩個(gè)或更多個(gè)大質(zhì)量黑洞合并而來(lái)的？

也許我們完全搞錯(cuò)了方向。我們?cè)榷颊J(rèn)為，先有星系，然后才有這些超大質(zhì)量黑洞;但也許先有中心的黑洞，然后才有星系呢？

你會(huì)問(wèn)：那這些黑洞又是怎么來(lái)的？我們假設(shè)可以這樣來(lái)：在宇宙早期，如果某些地方的物質(zhì)分布足夠致密，那它們或許不需要經(jīng)過(guò)恒星的階段，就直接坍塌成一個(gè)黑洞;然后黑洞把氣體和塵埃吸聚到其周?chē)ㄖ灰x開(kāi)黑洞足夠遠(yuǎn)，它們就不會(huì)掉進(jìn)黑洞里去），于是這些遠(yuǎn)離黑洞的星云孕育出一顆顆恒星，恒星又組成了星系。

因?yàn)檫@些黑洞形成得早，所以有足夠的時(shí)間長(zhǎng)成現(xiàn)在這般大。