最年轻的黑洞为何如此重要(图)

　　最年轻的黑洞

　　超新星1979C爆发后形成的黑洞，是第一个被人类从襁褓中就开始“照看”的黑洞。这个年方31岁的神秘天体，能帮助天文学家了解黑洞的形成及其逐渐生长的过程。

　　西方有句谚语说，太阳底下没有新鲜事儿。幸好世界上还有一种职业叫做科学家，他们还保持着孩子般的童心。11月12日，美国宇航局的科学家们发布了一条让世人纳闷的消息，称他们将于15日召开新闻发布会，讨论钱德拉X射线太空望远镜发现的“一个特别的天体”。短短的一句话引来世界媒体的转载风潮，甚至有人宣称真相是美国宇航局发现了“外星舰队”，真是语不惊人死不休。

　　15日中午12点30分，新闻发布会如期召开，让很多人大失所望的是，并没有什么外星人，科学家们淡定而不失兴奋地告诉大家：钱德拉望远镜在五千万光年外的一个星系中发现了一个年轻的黑洞，这个黑洞是1979年爆发的一颗超新星形成的。

　　这个黑洞为什么这么重要

　　让科学家如此兴奋，以至于要在美国宇航局总部介绍给世人的这个黑洞，位于M100星系，五千万年光年，接近五万亿公里。这个距离按照地球标准是远得不能再远了，可对于动辄百亿光年的宇宙来说，科学家们说它是“宇宙邻居”也不为过。黑洞的前身是超新星1979C，是由美国的一位业余爱好者发现的，C表示它是当年发现的第三颗超新星，根据超新星的光谱推测，超新星爆发前的质量是太阳的20倍，爆发后剩下的核心质量也有太阳的3倍。

　　自从1979年被发现以来，1979C就是天文学家们经常惦记的目标。因为他们虽从理论上可以推测，恒星命运终结时有几种选择：不太大的恒星比如我们的太阳会形成白矮星，比太阳大一些但不足20倍太阳质量的会形成中子星，20倍以上的恒星则会形成黑洞——可是理论终究是不够细致，中子星和黑洞的分界究竟在什么地方，它们形成的具体条件有什么不同，天文学家们亟需详细的观测资料来完善恒星理论，超新星1979C恰好位于这个质量分界上，对它的仔细研究对天文学家们帮助极大。

　　这颗超新星爆发的时机也非常好，就在前一年美国宇航局发射了第一台太空望远镜，这意味天文学家可以经常用锐利的“太空眼”来窥探超新星1979C的演化情况，而超新星在爆发之后的数十年中变化是相当快的。果然天文学家们没有失望，1995—2007之间的观测显示它是一个明亮而稳定的X射线源，这基本可以确定它是一个黑洞。如果进一步的观测可以证实这个结论的话，那么它是第一个有直接证据支持，并被人类从襁褓中就开始“照看”的黑洞。

　　宇宙间黑洞知多少

　　对于当代读者来说，黑洞这个词并不陌生，身残志坚的物理学家霍金就是以研究黑洞物理闻名。可对于观测天文学家来说，实际上并没有见过真正的黑洞，充其量只是见到了黑洞的“背影”。

　　宇宙中黑洞并不罕见。天文学家认为，几乎在每个大星系的中心都埋藏着有一个以上的超大质量黑洞，这些黑洞可能是在长达数十上百亿年的漫长宇宙年代里通过吞噬恒星，相互并合而形成的。一般认为，类星体的本质也是早期星系中心的超大质量黑洞，它吞噬气体和恒星，在这个过程中发射出来的光线跨越数十亿年的时空到达我们这里时仍非常明亮，因此这些“黑洞”不但不黑，而且是我们宇宙中最明亮的天体。

　　除了星系中心的大黑洞，我们的银河系中可能还有数百万个“小黑洞”，这些黑洞应该和1979C一样，是大质量恒星爆发后留下的残骸。假如黑洞旁边有一个同伴的话，它就会从同伴身上扯下气体，逐步吸入自己的“身体”中，在这个过程中，气体被逐渐加热，发出明亮的X射线。钱德拉太空望远镜的使命之一就是观测这样的X射线，寻找隐藏的黑洞。可惜的是，银河系中超新星爆发并不经常，也并不是所有的黑洞都有伴星，就目前来说，1979C是目前为止超新星爆炸能够形成黑洞的唯一的直接证据。

　　如果后续的观测能够敲定1979C确实是黑洞的话，对于划定大质量恒星爆发形成中子星和黑洞的界限非常有帮助，天文学家也就能够更准确地估计我们的银河系中到底隐藏了多少个黑洞，而那些和1979C的表现类似的X光源也就要暴露出它们隐藏多年的黑洞身份了。

　　黑洞，颇具争议的天体

　　夜空看起来很“安详”，但宇宙其实并不平静，超新星爆发、类星体活动都算得上宇宙中最“给力”的活动。跟这一切密切相关的黑洞，在科学家眼里也是最具争议的话题之一。霍金曾经感叹说，黑洞大概是我们实际了解最少，而发表成果最多的研究课题。

　　了解得少是因为观测的困难，善于“隐身”的黑洞把自己藏身于“视界”之内，连一丝光线也无法从内部跑出来，逼得天文学家们只能从间接的观测证据来寻找它。研究之多，则因为科学家们很熟悉决定黑洞的物理量和基本规律。1973年霍金等人提出了“无毛定理”，认为黑洞在形成的时候只保留了质量、角动量和电荷，其他信息都丢掉了。而在同一年底，霍金还提出过黑洞其实“有毛”，根据量子力学，黑洞也能够向外辐射能量，这就是至今尚未得到证实的“霍金辐射”。超弦学者也不甘寂寞，试图解决黑洞的内部结构等很“玄”的问题。

　　观测天文学家们的目的更为踏实一些，他们的首要目的是找到黑洞是如何形成并逐渐生长的，这对于恒星演化理论也是非常重要的一环。了解了他们的处境，我们就明白为什么1979C这个年方31岁的黑洞会让天文学家们如此兴奋了。其实，在有心人看来，宇宙之中到处都充满了新鲜事儿，只要你有一颗永远追问未知的好奇心。

　　文/孙正凡