【文/保羅‧蘇瑟蘭(Paul Sutherland);譯者/甘錫安】

 

一大片氣體雲滑入「宇宙排水孔」的想像圖。

 

今年7月,一道不規則的氣體和塵粒被位於銀河系中央的黑洞扯碎。以往從來沒有人仔細觀察過這類事件,沒人知道接下來會發生什麼狀況,因此這件事相當吸引天文學家。

因恆星塌縮而形成的黑洞,是宇宙中最難以理解的天體。就我們目前所知,空間和時間在黑洞內部都無法存在。黑洞內重力極強,任何東西都逃不出它的掌握,連光也不例外。這代表天文學家沒辦法直接觀察到黑洞,只能透過觀察黑洞重力對鄰近恆星運動所造成的影響,來證明其存在。

冒險進入黑洞恐怕有去無回,因此我們可能永遠無法完全了解黑洞內部的狀況。但我們有機會進一步了解黑洞周圍的狀況。黑洞藉由吸入物質不斷壯大,有時會吞噬整個恆星,但大多是吸入氣體雲和塵粒雲。今年氣體雲行經位於銀河系中央的人馬座A*黑洞,這是仔細觀察這類「黑洞餵食秀」的大好機會。

人馬座A*黑洞距離地球僅兩萬六千光年(254×1015公里),就天文學看來相當近,是我們唯一能仔細觀察的超大質量黑洞(SMBH)。因此天文學家可說握有觀察這次黑洞撞擊事件的「搖滾席」門票。

 

甚大望遠鏡的意外發現

其實天文學家當初差點與這個千載難逢的好機會失之交臂。這片接近人馬座A*的氣體雲名稱有點缺乏想像力,稱為G2,2011年才被發現,而且是意外發現的。

發現這片氣體雲的,是德國馬克斯普朗克地外物理學研究所(Max PlanckInstitute for Extraterrestrial Physics,簡稱MPE)的史蒂芬‧吉爾森博士(Stefan Gillessen)帶領的團隊,他說:「和許多科學發現一樣,我們會發現它,多少有點運氣。」歐洲南方天文台於智利所建的甚大望遠鏡(Very Large Telescope,簡稱VLT)在2002年觀測人馬座A*周圍的可見亮光時,拍攝了一些照片,而MPE的研究人員就是在檢視這些相片時發現G2的。這片亮光是氣體和塵粒環繞黑洞運行,形成「吸積盤」(accretion disc)時互相摩擦所製造。

吉爾森表示:「當時我們決定比對多年以來的資料,結果竟然發現有個相當模糊但看得見的東西朝黑洞所在的位置移動。從2002年以來,它就靜靜地躲在資料中,後來我們發現手邊的光譜資料顯示,這個物體在2011年比2004年時大。它沿黑洞周圍的橢圓形軌道延伸。」

延伸現象意味著這片氣體雲已經受到黑洞的巨大重力所影響。但接下來會出現什麼狀況,才是最重要的問題。人馬座A*質量為太陽的四百萬倍,是十分龐大的「超大質量黑洞」。事實上,許多星系的中心都有這樣的物質吞噬現象。位於放射大量光線的「活躍星系」(active galaxy)中央的黑洞,質量往往高達太陽的數十億倍。

人馬座A*誕生於數十億年前,可能是好幾個大型恆星生命週期結束後塌縮,合併而成的龐大天體。G2氣體雲的質量目前尚不明朗,成分也還不清楚,但氣體部分很可能大半是氫,另外天文學家目前知道,它在太空中移動時溫度高達攝氏一萬度,接近太陽表面溫度的兩倍。

美國勞倫斯利福摩爾國家實驗室(Lawrence Livermore National Laboratory,簡稱LLNL)的天文物理學家史蒂芬‧莫瑞(Stephen D. Murray)認為,這片氣體雲可能是某顆恆星噴出的部分大氣,但實情究竟如何還很難說。莫瑞表示:「有人猜測這片氣體雲是由某個恆星噴出的,這很有道理,要不然我們很難理解這麼輕的物體怎麼不會消散。而恆星在距離黑洞這麼近的地方噴出這片氣體雲,似乎是神奇的巧合,正好可以為我們描繪鄰近黑洞的物體會發生什麼事。」

 

完整內容請見《BBC知識國際中文版》第25期(2013年9月號)。版權所有,轉載請註明出處。】

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