科學(xué)家于2016年5月宣布，觀測到一個(gè)黑洞吞噬一顆恒星。不止一次科學(xué)家在懷疑，在我們所在的銀河系的中心，也潛伏著一個(gè)超大黑洞，它撕碎恒星，上演著一幕幕“宇宙謀殺大戲”。

科學(xué)家于2016年5月宣布，檢測到一個(gè)黑洞吞噬一顆恒星。這個(gè)超大質(zhì)量黑洞潛伏在距地球27億光年的一個(gè)星系的中央，不幸的恒星因太過靠近黑洞，被黑洞的引力之手抓住并撕碎。這也是科學(xué)家首次觀察到恒星被以如此方式消滅。

科學(xué)家認(rèn)為，在大多數(shù)星系中心都潛伏有質(zhì)量為太陽的數(shù)百萬倍乃至數(shù)十億倍的超大質(zhì)量黑洞，這些龐大的“魔獸”守株待兔，直到那些不懷戒心的受害者，例如一顆恒星，游弋到距離黑洞足夠近的地方，被極其巨大的黑洞引力蹂躪至粉身碎骨。

科學(xué)家運(yùn)用地面和空間望遠(yuǎn)鏡觀測到，當(dāng)這顆恒星被黑洞引力撕裂時(shí)，它的部分殘骸墜入黑洞，其余部分則以高速噴射，噴射的氣體中大多數(shù)是氦，氫則很少科學(xué)家由此判斷，這顆被“屠宰”的恒星是被剝離了大氣層的、富含氦的恒星核。

這次觀測為揭示黑洞周圍的嚴(yán)酷環(huán)境和圍繞黑洞轉(zhuǎn)的恒星類型提供了線索科學(xué)家相信，這顆恒星的氫包層在很久以前就被黑洞掀走，它在被撕碎之前已到生命末期。在消耗掉自身的大部分氫燃料后，它很可能已膨脹為一顆紅巨星。它此前有可能一直在高度偏離正圓的軌道上環(huán)繞黑洞，其中一次因太靠近黑洞而被剝離掉膨脹的大氣層。恒星殘余繼續(xù)在黑洞周圍的行程，直到最終葬身黑洞?？茖W(xué)家預(yù)測，在銀河系中也有被剝離了大氣層的恒星在環(huán)繞銀心黑洞，但恒星與黑洞之間如此近距離的相遇大約每10萬年才會(huì)發(fā)生一次。

為了觀測這次黑洞“謀殺”，科學(xué)家監(jiān)測了幾十萬個(gè)星系，目的是找到一次來自于先前處于休眠狀態(tài)的星系中央黑洞的紫外光爆發(fā)。早在2010年，他們終于發(fā)現(xiàn)了這樣一次閃亮。它在一個(gè)半月后才達(dá)到亮度最大值，此后一年里亮度逐漸減弱。這次變亮事件很像是超新星的能量爆發(fā)，但達(dá)到巔峰的步伐慢得多。

科學(xué)家推算出這個(gè)黑洞的質(zhì)量是太陽的幾百萬倍，和銀心黑洞的大小差不多。分光鏡觀測顯示，黑洞正在吞噬大量氦。分光鏡把光線分解成彩虹色，從而揭示物體的特征，例如溫度和氣體組成。

發(fā)現(xiàn)銀心“魔獸”

在距離地球25000光年多一點(diǎn)點(diǎn)的地方，是宇宙的一塊神秘之地——銀心（或者叫銀核），即我們所在的銀河系的中心。

科學(xué)家一直都懷疑，在恒星們相互碰撞、并被塵埃掩蓋的銀心，潛伏著一個(gè)具有400萬倍以上太陽質(zhì)量的超大黑洞，它撕碎恒星，上演著一幕又一幕扭曲時(shí)間和空間結(jié)構(gòu)的“宇宙謀殺大戲”。這個(gè)魔獸般的黑洞被科學(xué)家命名為“人馬座A*”。

盡管科學(xué)家相信在每個(gè)星系的中央都存在超大質(zhì)量黑洞，但直到最近，他們才通過觀察銀心附近的恒星，證實(shí)了銀心“魔獸”的存在。

然而，最近的觀測結(jié)果又帶給我們新的驚奇和疑惑：在銀心這片太空區(qū)域，只包含一些年輕的恒星，全然不見較古老的恒星。

對銀心的掃描顯示，那里有數(shù)十顆年輕恒星，它們的藍(lán)光強(qiáng)度很高，以至于穿透了塵埃的層層包裹?？茖W(xué)家過去認(rèn)為，大量的更古老的恒星所發(fā)出的微弱光線被年輕恒星的光芒所掩蓋，所以我們能觀察到的恒星不過是恒星世界的“冰山一角”。然而，隨著三組科學(xué)家各自獨(dú)立使用紅外望遠(yuǎn)鏡掃描銀河系，這種看法遭到質(zhì)疑：科學(xué)家觀察到成千上萬顆古老的恒星，但在觀察距離銀心很近的區(qū)域時(shí)，卻發(fā)現(xiàn)恒星的數(shù)量驟降，比如在一塊直徑達(dá)3光年的太空地帶竟然罕有恒星。

尋找失蹤恒星

這真是一大驚奇，科學(xué)家一直認(rèn)為“人馬座A*”周圍的引力場很強(qiáng)大，足以在數(shù)十億年里牽引很多恒星來到它的附近，但實(shí)際上銀心遠(yuǎn)沒有那么多恒星。那么，這些恒星到哪里去了呢?

最平常的解釋是：即便最先進(jìn)的紅外望遠(yuǎn)鏡的靈敏度也不足以捕捉這些遙遠(yuǎn)恒星的弱光。而一種更激動(dòng)人心的解釋則是：與科學(xué)家之前觀測過的其他區(qū)域都不同，銀心是由難以看見的超致密天體組成的，例如中子星以及超新星爆發(fā)留下的恒星質(zhì)量的黑洞。如果后一種推測無誤，就暗示形成于銀心的大多數(shù)恒星都具有大質(zhì)量，它們最終都以超新星爆發(fā)的形式結(jié)束自己的生命。但這種解釋也有問題，主要在于：這些大質(zhì)量恒星不會(huì)孤獨(dú)生長，少數(shù)不那么大質(zhì)量的恒星應(yīng)該成長于銀心，而這些恒星在生命終期會(huì)變成明亮的紅巨星，它們應(yīng)該很容易被觀測到，可科學(xué)家為什么沒能看見紅巨星呢?一種奇異的解釋是：這些紅巨星全都被恒星質(zhì)量的黑洞吃掉了!但這種情形應(yīng)該也很難出現(xiàn)，因?yàn)槿绻y心原本存在100萬個(gè)太陽質(zhì)量的物質(zhì)，要想把它們?nèi)肯麥?，就需要更多的恒星質(zhì)量的黑洞。

于是，有了一個(gè)更奇異的解釋：在過去某個(gè)時(shí)間，銀河系與另一個(gè)星系合并，后者自己的超大質(zhì)量黑洞吞噬了銀河系的一部分恒星。

按照這個(gè)理論，“人馬座A*”或許應(yīng)該對它周圍的恒星真空負(fù)責(zé)——任何迷途走入一個(gè)超大質(zhì)量黑洞周圍約5光分(光在1分鐘內(nèi)走過的距離稱為1光分)范圍的天體都會(huì)被黑洞撕碎，這可能正是那些失蹤恒星的命運(yùn)。

獲取直接證據(jù)

科學(xué)家推測，隨著時(shí)間推移，環(huán)繞“人馬座A*”的恒星的軌道會(huì)變得越來越長、越來越窄，當(dāng)恒星足夠靠近黑洞時(shí)，就會(huì)被黑洞吸入。但是，請別忘了，直到現(xiàn)在，科學(xué)家對于銀心黑洞的存在也只有間接證據(jù)——他們之所以知道銀心潛伏著一頭“魔獸”，是因?yàn)樗木薮笠τ绊懼浇阈堑囊苿?dòng)，而這頭“魔獸”的真實(shí)身份最有可能就是黑洞。那么，如何才能獲得直接證據(jù)以證明銀心“魔獸”的真實(shí)存在呢?科學(xué)家必須足夠“靠近”它。

幸運(yùn)的是，一系列新技術(shù)正在讓科學(xué)家能夠這樣做。被認(rèn)為有潛質(zhì)的技術(shù)是超長基線干涉測量，它把來自于分散在全球的射電望遠(yuǎn)鏡的信號(hào)集中起來，模擬一部像地球一樣巨大的射電拋物面天線，這部虛擬天線能更好地分辨天體的細(xì)節(jié)。但是，科學(xué)家迄今為止對“人馬座A*”拍攝的最好的圖像也只能算模糊不清，無法辨識(shí)超大質(zhì)量黑洞的最明顯特征——視界。所謂視界，是指黑洞周圍的一個(gè)界限，只要進(jìn)入了這個(gè)界限，包括光線在內(nèi)的任何物質(zhì)都會(huì)墜入黑洞而無法逃逸。銀心黑洞的視界直徑約為1500萬千米，這個(gè)長度是太陽與地球之間距離的1／10?？茖W(xué)家悲觀地指出，盡管超長基線干涉測量是一種有希望的技術(shù)，但它仍不足以清晰描繪銀心視界。

德國和美國各有一組科學(xué)家有一種清晰探測“人馬座A*”的方法：觀測環(huán)繞這個(gè)黑洞的個(gè)體恒星。他們一直在觀測在銀心周圍100光日范圍內(nèi)環(huán)繞的20顆超級(jí)明亮的恒星，其中一顆被稱為S2、質(zhì)量為太陽的20倍的重量級(jí)恒星備受關(guān)注。之所以如此，是因?yàn)镾2是唯一被觀測到完整環(huán)繞銀心的恒星，環(huán)繞一次耗時(shí)15年(科學(xué)家由此計(jì)算出銀心超大質(zhì)量黑洞的質(zhì)量是太陽的430萬倍，這只比以往的估計(jì)值大了一點(diǎn)點(diǎn))。

科學(xué)家希望通過觀察像S2這樣的恒星來提供銀心黑洞存在的直接證據(jù)，并由此檢驗(yàn)有關(guān)黑洞的一個(gè)最流行理論——無屬性定理。該定理認(rèn)為，黑洞在本質(zhì)上很簡單，僅用其質(zhì)量以及旋轉(zhuǎn)方式和速度就足以描述。根據(jù)廣義相對論，恒星最接近銀心的位置應(yīng)該越來越遠(yuǎn)離銀心。如果無屬性定理是正確的，那么這種歲差將只取決于黑洞的質(zhì)量和旋轉(zhuǎn)速度，與其他任何因素都無關(guān)；而如果能同時(shí)跟蹤兩顆恒星，利用兩星的軌道之間的關(guān)系來抵消黑洞質(zhì)量，那么歲差就只由黑洞的旋轉(zhuǎn)速度來決定了。如果最終發(fā)現(xiàn)歲差依賴其他更復(fù)雜的因素，那么無屬性定理就是錯(cuò)的。

科學(xué)家還希望從事意義更加深遠(yuǎn)的工作：測試愛因斯坦的引力理論——廣義相對論。對于已被探測過的行星、恒星和星系而言，廣義相對論都輕易通過。但在黑洞的極端引力場中(時(shí)間和空間在這里被扭曲到極端程度)，相對論還未被檢查過?？茖W(xué)家希望通過觀測物質(zhì)究竟是怎樣墜入黑洞的，最終查明黑洞的特性是否符合廣義相對論的描述。

有望揭示真相

測試相對論的另一種方法是使用脈沖星。

脈沖星是超新星爆發(fā)的超致密殘余，它們的轉(zhuǎn)速極快，每轉(zhuǎn)一圈都以無線電波的“燈塔光柱”形式掃掠太空。這讓脈沖星成為絕妙的計(jì)時(shí)器。如果銀心存在脈沖星，科學(xué)家或許就能捕捉到另一個(gè)相對論效應(yīng)——引力時(shí)間膨脹，即時(shí)間在一個(gè)大質(zhì)量物體周圍扭曲的時(shí)－空中變慢。如果觀察到這個(gè)現(xiàn)象，就是大質(zhì)量黑洞存在的證據(jù)。

脈沖星本質(zhì)上相當(dāng)微弱，在塵?；\罩的銀心探察脈沖星可謂困難重重，但科學(xué)家已開始努力探察銀河系中的所有脈沖星，他們也對在銀心附近探察到脈沖星抱有希望。

迄今為止，廣義相對淪仍未面臨威脅。S2是迄今唯一已知軌道距離“人馬座A*”在1光日以內(nèi)的恒星。要想真正探測這個(gè)超大質(zhì)量黑洞周圍的時(shí)－空，就需要觀測多得多的如此靠近銀心的恒星。

為實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)，科學(xué)家正在升級(jí)雙10米口徑“凱克”望遠(yuǎn)鏡(位于美國夏威夷)的紅外干涉儀。與此同時(shí)，他們還在建造一部叫做“引力”的儀器，它將合并由“特大望遠(yuǎn)鏡”(位于智利帕拉納)的四部望遠(yuǎn)鏡收集的近紅外光，以前所未有的高分辨率測量微弱天體?？茖W(xué)家希望，“引力”將讓他們能觀測在僅幾倍于黑洞視界直徑的范圍內(nèi)運(yùn)行的恒星。預(yù)計(jì)“引力”將在2013年投入運(yùn)作。

數(shù)十億年來，銀河系一直在隱藏自己的最大秘密。再等幾年吧，那時(shí)科學(xué)家可能就會(huì)最終揭示銀心超大質(zhì)量黑洞的真相。