超大質(zhì)量黑洞吞噬氣體云的瞬間

■ 梅拉里

天文學(xué)家利用歐南天文臺(tái)（ESO）超大望遠(yuǎn)鏡NACO紅外相機(jī)和SINFONI紅外光譜儀，觀察位于銀河系中心的超大質(zhì)量黑洞人馬座A*（Sgr A*），結(jié)果發(fā)現(xiàn)一個(gè)質(zhì)量約為地球數(shù)倍大的氣體云正加速朝黑洞而去。這是天文學(xué)家首度看到這類氣體云被超大質(zhì)量黑洞吞噬的瞬間，相關(guān)論文發(fā)表在2012年1月5日出版的《自然》期刊上。

天文學(xué)家相信我們銀河系的中心有個(gè)質(zhì)量高達(dá)400萬倍太陽質(zhì)量的超大質(zhì)量黑洞，但因?yàn)檫B宇宙中速度最快的光接近黑洞時(shí)，都會(huì)被黑洞吞噬，無法直擊黑洞的情形，因此必須借助周圍其他天體來間接了解這個(gè)黑洞。

由德國普朗克地外物理研究所理查德領(lǐng)軍的研究團(tuán)隊(duì)，利用ESO望遠(yuǎn)鏡執(zhí)行了一個(gè)長達(dá)20年的計(jì)劃，監(jiān)測Sgr A*周圍的恒星運(yùn)動(dòng)狀況。在監(jiān)測過程中，他們發(fā)現(xiàn)一個(gè)獨(dú)特的新天體高速向黑洞接近。過去7年間，這個(gè)天體的速度幾乎增加為發(fā)現(xiàn)時(shí)的2倍，達(dá)到800萬千米/小時(shí)。

它的軌道是橢圓的，理查德等人估計(jì)約在2013年年中左右，這個(gè)天體就會(huì)離Sgr A*這個(gè)黑洞的事件穹界（黑洞邊界）僅約400億千米之遙。這個(gè)距離聽起來很遠(yuǎn)，可是僅相當(dāng)于36光時(shí)，以天文尺度而言，算是與超大質(zhì)量黑洞非常近的距離了。而且科學(xué)家估計(jì)這團(tuán)云氣最靠近黑洞而沒被瓦解的距離，大約是3AU以內(nèi)。1光時(shí)代表光行走1小時(shí)的距離，相當(dāng)于300000千米/秒×3600秒=10.8億千米，大約比太陽到木星距離多一點(diǎn)。1AU代表太陽到地球的平均距離，相當(dāng)于1.5億千米，3AU大約相當(dāng)于在火星到木星之間的距離。

然而觀測數(shù)據(jù)顯示，這個(gè)天體的溫度遠(yuǎn)低于附近的恒星，僅有280℃左右（一般正常恒星的表面溫度約數(shù)千度到數(shù)萬度），主要是由氫與氦等元素所組成。這是個(gè)含塵量偏高的離子氣體云，總質(zhì)量約為地球的3倍左右。由于受到鄰近眾多而熾熱的恒星所發(fā)出的強(qiáng)烈紫外輻射影響，這個(gè)云氣已被游離化而發(fā)出光芒。

這個(gè)云氣的密度比環(huán)繞在Sgr A*黑洞周圍吸積盤內(nèi)的熾熱氣體還高許多，但當(dāng)它愈來愈接近黑洞時(shí)，愈來愈高的外來壓力會(huì)壓縮這個(gè)云氣。在此同時(shí)，研究顯示愈接近黑洞，來自黑洞的重力也愈來愈強(qiáng)，使得云氣速度持續(xù)增加，最后導(dǎo)致云氣在邊環(huán)繞、邊落往黑洞表面的過程中，被拉扯變形，沿著環(huán)繞黑洞的軌道散布。

在科幻片或科幻圖畫中，常可見到接近黑洞的航天員被拉長成面條一般的景象，但現(xiàn)在卻是真實(shí)看到類似的事情發(fā)生了。這樣被拉扯變形的結(jié)果，將使云氣分裂瓦解，再被黑洞一一吞噬。這些天文學(xué)家從2008年和2011年所拍的影像中已經(jīng)看到這個(gè)云氣的邊緣發(fā)生碎裂的現(xiàn)象，這顯示云氣正在加速分裂，所以他們估計(jì)這個(gè)云氣結(jié)構(gòu)可能在未來數(shù)年內(nèi)便會(huì)完全瓦解。

除此之外，當(dāng)散布在軌道上的物質(zhì)于2013年愈來愈接近Sgr A*時(shí)，其溫度也會(huì)愈來愈高，屆時(shí)可能會(huì)發(fā)出X射線輻射。目前少有物質(zhì)接近Sgr A*，因此這團(tuán)新發(fā)現(xiàn)的云氣物質(zhì)將是Sgr A*未來數(shù)年內(nèi)唯一的“餐點(diǎn)”。

對于這團(tuán)云氣的來源，有些天文學(xué)家認(rèn)為可能是鄰近的年輕大質(zhì)量恒星因所發(fā)出的恒星風(fēng)非常強(qiáng)烈，導(dǎo)致其快速流失質(zhì)量所致。這類恒星基本上會(huì)將流失的氣體吹得很遠(yuǎn)。天文學(xué)家在Sgr A*附近發(fā)現(xiàn)一對雙星正環(huán)繞Sgr A*運(yùn)轉(zhuǎn)，它們的恒星風(fēng)互相撞擊激蕩，非常可能就此形成了這團(tuán)云氣。

理查德表示：未來2年內(nèi)，這團(tuán)云氣和超大質(zhì)量黑洞之間的互動(dòng)狀況必定非常有趣，如能密切監(jiān)視其發(fā)展，對于了解黑洞周圍物質(zhì)的行為特性有非常大的幫助。而Sgr A*是離我們最近、最容易觀察的超大質(zhì)量黑洞，如果能對其性質(zhì)進(jìn)一步了解，便可將對Sgr A*的了解，延伸應(yīng)用到其他星系中心的超大質(zhì)量黑洞上。