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銀河系中心有一片陰影，科學(xué)家一直認(rèn)為，是一個超大質(zhì)量黑洞留下的。在那里，引力規(guī)則是至高無上的，周圍的光線被吞噬，將空間結(jié)構(gòu)拉伸到拐點(diǎn)，但迄今從來沒有人真正看見過黑洞。這一切或許會在幾個月內(nèi)改變。 對廣義相對論最嚴(yán)格檢驗 天文學(xué)家正在整合地球上多臺微波望遠(yuǎn)鏡資源，將其變成迄今最精確的天文觀測儀器。他們會將這只“大眼”轉(zhuǎn)向銀河系中心一個超大質(zhì)量黑洞所在位置，即代號為“人馬座A星”(Sag A)的黑洞。這個“微波巨眼”已拍攝到一張人馬座A星的迷人靚照。 一個由美國麻省理工學(xué)院赫斯塔克天文臺(Haystack Observatory)天文學(xué)家舍普·多爾曼(Shep Doeleman)領(lǐng)導(dǎo)的一個研究團(tuán)隊發(fā)表了多篇論文，足以證明人馬座A星黑洞的存在。 多爾曼及其團(tuán)隊希望不久能看到人馬座A星黑洞的黑色輪廓。除此之外，他們還希望能看到墜向黑洞的物質(zhì)，勾畫出黑洞遭扭曲的時空畫面。通過這些數(shù)據(jù)，科學(xué)家將得到黑洞形成和發(fā)展過程的信息。這些觀測數(shù)據(jù)還是迄今對愛因斯坦廣義相對論的最嚴(yán)格檢驗。廣義相對論預(yù)測了黑洞的存在。如果廣義相對論是錯誤的，多爾曼的團(tuán)隊可能根本看不到黑洞，而是更加奇怪的東西。 質(zhì)量相當(dāng)于450萬個太陽 有一點(diǎn)可以確信，一個龐大的神秘天體隱藏于銀河系中心，因為它強(qiáng)大的引力影響著附近恒星和氣體的運(yùn)動。這一神秘天體的質(zhì)量是太陽的450萬倍，涌進(jìn)了一個大小相當(dāng)于內(nèi)太陽系的區(qū)域。讓物質(zhì)以如此緊密聚在一起的辦法十分罕見。一大群中子星或小質(zhì)量黑洞均高度不穩(wěn)定。所以，科學(xué)家認(rèn)為最好的解釋就是超大質(zhì)量黑洞。 超大質(zhì)量黑洞被認(rèn)為處于多數(shù)大星系的中心。在一些所謂的活動星系，大量氣體被卷入黑洞，在黑洞周圍形成一圈熾熱物質(zhì)，常常令周圍數(shù)十億顆恒星變得黯然失色。銀河系顯然就沒有黑洞那么好運(yùn)氣，只能依靠附近恒星噴射的一層稀薄的氣體存活。隨著氣體向黑洞方向運(yùn)轉(zhuǎn)，它會加熱并照亮黑洞，盡管看上去遠(yuǎn)比活動星系內(nèi)的圓盤狀物體昏暗。此時，從無線電到X光線，各類電磁輻射物噴射而出，場面蔚為壯觀。 黑洞自身確實不會發(fā)光，但它可以吞噬光。黑洞周圍氣體發(fā)出的光被吞噬，這樣一來，在熾熱的發(fā)光氣體的背景下，黑洞就成了一個陰影或輪廓?？吹竭@片陰影絕非易事。它沒有輪廓鮮明的邊緣，因為我們依舊會在黑洞前面看到光和氣體釋放的其他放射物。另外，陰影范圍十分小。 按照愛因斯坦相對論的解釋，一個質(zhì)量相當(dāng)于450萬個太陽的超大質(zhì)量黑洞的直徑應(yīng)該為2700萬公里，即便其引力會讓附近光線彎曲，看上去是真正大小的兩倍，但這個黑洞看上去仍舊非常小。從地球上看去，這可能覆蓋大約50微角秒 (micro-arcsecond)的角度——這好比一個出現(xiàn)在月球上的足球，或是整條手臂上的一個細(xì)菌。 普通望遠(yuǎn)鏡根本看不到這種小黑點(diǎn)。于是，多爾曼正通過一種成熟的技術(shù)“甚長基線干涉測量法”(very long baseline interferometry)探尋這種可能性。通過將全球各地天線的觀測數(shù)據(jù)結(jié)合起來，天文學(xué)家可以有效重建大型天線看到的物體——即便像地球一樣大的物體。由于小天線很少搜集光，VLBI望遠(yuǎn)鏡生成的圖像可能并不理想，但它卻可以揭示更多的細(xì)節(jié)。 以前VLBI望遠(yuǎn)鏡對銀河系中心的觀測距離太遙遠(yuǎn)，根本看不清楚黑洞的陰影。最初，我們將穿透銀河系最擁擠的區(qū)域，在那里，大量氣體驅(qū)散無線電波。哈佛大學(xué)天體物理學(xué)家艾維·羅布(Avi Loeb)說：“看上去就像是濃密的大霧令街燈的照片顯得很模糊?！备愀獾氖?，黑洞周圍的氣體對大多數(shù)波長來說都是不透明的，這猶如給陰影上蒙上了一層紗。 圖像的清晰度基本上取決于觀測到的輻射物的波長，波越長并沒有讓我們獲得更清晰的照片，相反更模糊。幸運(yùn)的是，如果望遠(yuǎn)鏡可以在波長為1毫米左右的情況下工作，那么上述問題全都迎刃而解。這種短波輻射可以穿透星際薄霧和氣體內(nèi)的面紗。另外，從理論上講，如果一臺望遠(yuǎn)鏡的天線分布于數(shù)千公里的范圍內(nèi)，其清晰度足以看到黑洞陰影。事實上，天線之間間隔越大，清晰度越好。 多爾曼的團(tuán)隊在對VLBI望遠(yuǎn)鏡進(jìn)行改進(jìn)后，令其可以在1.3毫米超短波范圍內(nèi)工作。他們利用架設(shè)在亞利桑那州、加利福尼亞州和夏威夷州三地山頂?shù)耐h(yuǎn)鏡眺望太空，但觀測結(jié)果卻令人失望。盡管它們捕捉到人馬座A星中心區(qū)域的輻射信號，但卻沒有掌握獲取有關(guān)這個黑洞清晰照片的足夠信息。 揭開神秘陰影廬山真面目 多爾曼說：“我們具有匹配這一數(shù)據(jù)的兩種模型。”在第一個模型，人馬座A星看上去就像是一個中心有個大洞的炸面圈，這或許是個超大質(zhì)量的黑洞。不幸的是，他們的觀測數(shù)據(jù)還顯示一團(tuán)白色的噴射物質(zhì)，并無明顯的黑洞陰影。即便如此，這些早期觀測數(shù)據(jù)也是人馬座A星確屬于黑洞的強(qiáng)烈跡象。據(jù)加拿大多倫多大學(xué)天文學(xué)家艾弗里·布羅德里克(Avery Broderick)介紹，研究結(jié)果表明它幾乎肯定具有“事件穹界”，即黑洞的重要特征。 事件穹界是事實上并不存在的邊界，在這一邊界內(nèi)，任何物質(zhì)都逃不脫黑洞引力的控制。穿越這一范圍的物質(zhì)會慢慢被吞噬，連輻射物都不會釋放。有些理論則認(rèn)為，那其實不是黑洞，而是稱為玻色星體(boson star)的、由大量重量很輕的顆粒構(gòu)成的球體，它們可能具有物理表面而非邊界。這些表面可能會被落在上面的氣體加熱。 布羅德里克同哈佛大學(xué)的羅布和拉梅甚·納拉亞(Ramesh Narayan)一道，分析了多爾曼的研究結(jié)果，認(rèn)為如果人馬座A星具有一個表面，那么這個表面可能熱得會發(fā)光，不斷釋放紅外光。事實上，天文學(xué)家尚未觀測到這種發(fā)光現(xiàn)象。他們總結(jié)認(rèn)為，事件穹界給人馬座A星蒙上了一層外衣，讓我們根本看不到里面的東西。 這一結(jié)論可能還存在諸多漏洞，所以，真正看到黑洞本身當(dāng)然更好。多爾曼重返夏威夷，為增長望遠(yuǎn)鏡的敏感度，他決定嘗試?yán)媚{克亞山頂上的三臺望遠(yuǎn)鏡而不是以前的一臺。他表示：“我認(rèn)為，我們已向大家證明我們可以做到這一點(diǎn)?！苯?jīng)過幾個月的處理，觀測數(shù)據(jù)最終會揭開銀河系中心神秘陰影的廬山真面目。
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