大众都了解黑洞吞噬恒星,然而银河系的中心要比我们预想的更加黑暗——这并不仅仅因为那里是一个超大质量黑洞。
在距离地球约25 000光年的地方,有一处非常神秘的所在。它是银河系被尘埃遮蔽的中心,那里挤满了横冲直撞的恒星。天文学家怀疑,在银河系的最中央潜伏着一个质量超过太阳400万倍的巨型黑洞——人马座A*。直到最近,我们才通过观测恒星围绕它的转动确认了它的存在。这个超大质量黑洞造成了时空结构的巨大扭曲,而这种扭曲正在撕裂恒星,引发一场恒星骚乱。这为我们在最极端环境下检验爱因斯坦的广义相对论提供了理想的场所。
宇宙学家认为,在每一个星系的中心都存在类似的超大质量黑洞。银河系中心是我们研究其他同类星系的最佳标本,对它的观测还给我们带来了许多意想不到的收获。最近的观测显示,银河系中心还存在第二个洞——一个只包含一些年轻恒星的神秘空白区。
之前,天文学家在银河系中心发现了几十颗年轻的恒星,它们发出的明亮蓝色辐射强得足以冲破笼罩它们的尘埃。天文学家认为它们只是更多恒星的冰山一角,大量更年老的恒星发出的微弱光线被这些年轻恒星的光掩盖了。
然而,当三个天文学家小组分别把他们手中能够穿透银河系中心周围尘埃的红外望远镜对准那里的时候,这一切都改变了。他们扫视银河系的时候,看到了数千颗年老的恒星。但是,当他们观测非常靠近银河系中心的地方时,发现恒星的数量出现了锐减,有一个直径3光年的区域几乎没有恒星。
这个“洞”的故事
这是一个极大的意外,因为它违背了我们对银河系中心的设想。人马座A*周围的引力场被认为强到足以束缚它附近的恒星超过数十亿年,为什么在银河系中心却没有较为年老的恒星呢?
最简单而直接的解释是,即使最新的红外望远镜也没有灵敏到能检测出这些微弱光线的程度。另一个更令人兴奋的可能就是银河系中心周围其实被许多难以看到的致密天体占据,例如超新星爆炸后留下的中子星和恒星质量的黑洞——它们几乎不发出辐射。如果这种猜测是正确的,就表明在银河系中心形成的绝大部分恒星都是能以超新星的形式结束自己生命的大质量恒星。这将使该区域与我们观测到的所有其他地方截然不同。
但是,这个解释也存在问题。其中主要的问题是,这些大质量恒星不会独自形成、长大,少量小质量恒星也应该在那里形成。在这些小质量恒星生命的尽头,它们应该会演化成很容易就被看到的红巨星。那么,为什么我们没有看到它们呢?一种可能是,恒星质量的黑洞吃掉了所有这些红巨星。但这种情况其实很难发生,因为它需要的黑洞质量比银河系中心最内部已知的100万个太阳质量还要高。
一个更奇特的解释是,在过去的某个时间,银河系与另一个星系发生了合并,外来的超大质量黑洞吞噬了银河系的一些恒星。此外,人马座A*本身也可以造成其周围恒星的缺失。任何进入超大质量黑洞周围约5光分(相当于9000万千米)距离内的恒星都会被撕裂,由此可能导致恒星的消失。
盯上这个“洞”
用人马座A*来解释依然存在破绽,于是有人提出了一个稍有不同的方案。经计算发现,围绕人马座A*运行的恒星的轨道会随着时间推移变得越来越长、越来越扁。最终,这些恒星会由于过于靠近中央黑洞而被吞噬。不过,这个理论也有问题。由于恒星在不断形成,要形成一个无星区,不但需要恒星不断滑入超大质量黑洞的口中,还要阻止其他恒星进入这一区域。很难想出有什么办法能阻挡恒星进入银河系中心。
因此,尽管已经有了很多假设,但这个谜依旧。目前的天文观测结果也不足以真正地确定这些解释中哪一个最有可能,或者完全排除哪一个。现在只能假设,那里有个“洞”,但我们不知道这个“洞”产生的确切原因。为了找到答案,我们不得不更靠近银河系中心的这个怪物。
幸运的是,许多技术正在帮助天文学家做到这一点。同时,这些技术还可以帮助我们实现一个更远大的愿望——对爱因斯坦的广义相对论进行检验。广义相对论已经在行星、恒星和星系附近被验证了,每次它都以优异的成绩通过了测试。但至今它还没有在黑洞的极端引力场中被检验过,那里的空间和时间都遭到了极强的扭曲。天文学家希望能通过观测物质究竟是如何落入黑洞的,来判断黑洞是否真的如广义相对论描绘的那样。
相关文章