最黑暗與最明亮的

苗千

無論是黑洞還是超新星都是天文學家熱衷探測的對象，就在最近，對于這兩種截然不同的天體的探測，人們都有了意想不到的收獲。

???超新星ASASSN-15lh爆發(fā)情形想象圖。該圖示意了從超新星宿主星系中一顆距離ASASSN-15lh約1萬光年的行星上觀看ASASSN-15lh爆發(fā)的情景?

天文學家們執(zhí)著地尋找宇宙中各種新奇的天體，就像是小孩子們熱愛收集各種各樣新奇的玩具，每一個發(fā)現(xiàn)都能夠讓他們感到興奮不已。在宇宙中最為黑暗的天體當屬黑洞，它們憑借引力作用可以吸收周圍的一切物質，甚至包括光，因此顯得尤為漆黑恐怖。而另一方面，超新星可以算得上是宇宙中最為明亮的一種天體，這種由死亡的恒星塌縮而成的天體一旦發(fā)生爆炸，過程短暫而燦爛，一顆超新星爆發(fā)的光芒甚至可以在瞬間蓋過整個星系。

天文學家們把黑洞按照質量大致分為三類，一種是恒星質量的黑洞，它們由死亡的大恒星塌縮而成，而后逐漸吸收周圍的物質，質量大約是太陽質量的幾十倍;還有一種超大型黑洞，這種黑洞的質量通常在百萬個太陽質量以上，它們大多居住在星系的中心，成為維系整個星系結構的關鍵，例如銀河系中心的Sagittarius A*黑洞質量就相當于400萬個太陽質量;但是在這兩者之間，還有一種此前僅存在于理論上的黑洞——中等質量黑洞，沒有被天文學家發(fā)現(xiàn)，以至于這種類型的黑洞是否真正存在都成了一個被熱烈討論的話題。

黑洞因為吸收其周圍一切物質和光線的特性，無法被直接觀察到，天文學家們通常只能通過觀察其周圍受到它的引力作用影響的天體、氣體和灰塵的運動軌跡來發(fā)現(xiàn)黑洞存在的跡象。想要尋找中等質量的黑洞，天文學家把注意力集中在尋找超亮X射線源上面。在理論上，如果一個中等質量的黑洞能夠與另外一個天體形成一個相互環(huán)繞運行的雙星系統(tǒng)，黑洞就會不斷地從它的伴星吸收物質，逐漸形成一個高亮度的吸積盤，這些物質會被逐漸加熱到極高的溫度，因而發(fā)射出高亮度的X射線。在理論上超亮X射線源發(fā)射出的X射線的強度在恒星級黑洞與超巨型黑洞之間，正是一個中等質量黑洞存在的標志。

在2014年，天文學家們正是通過尋找宇宙中的超亮X射線源、在距離地球1200萬光年之外的M82星系，發(fā)現(xiàn)了一個中等質量黑洞的痕跡。通過它的吸積盤的亮度和溫度判斷，這個大約有400個太陽質量的極其罕見的中等質量黑洞被命名為X-1。盡管種種跡象都表明X-1黑洞是一個中等質量黑洞，實際上天文學家們還并不了解在中等質量黑洞周圍的吸積盤的特點，這也有可能是一個具有極高溫度、發(fā)射出高亮度X射線的恒星級黑洞，天文學家們仍然等待著確定這個黑洞身份的最終證據(jù)。

中等質量黑洞或許少見，但可能并不遙遠。2015年12月15日，日本慶應大學的一組天文學家在網上提交了論文《在銀河系中心區(qū)存在中等質量黑洞的證據(jù)》（Signature of an Intermediate-Mass Black Hole in the Central Molecular Zone of Our Galaxy），講述他們在利用直徑45米的野邊山射電望遠鏡（Nobeyama Radio Telescope）觀測銀河系中心的氣體時，在距離銀河系中心200光年的位置意外地發(fā)現(xiàn)了一個中等質量黑洞的過程。這組科學家在觀測過程中發(fā)現(xiàn)這些星際物質以不同尋常的不同速度進行運動，這說明在附近區(qū)域有一個致密的天體正在對它們進行加速。慶應大學的天文學家們于是利用X射線和紅外線對那個區(qū)域進行探測，但是都無法揭示出那個天體的身份，經過電腦模擬顯示，在那個區(qū)域存在著一個0.3光年寬、相當于10萬個太陽質量的致密天體，它對于任何頻率的電磁波均沒有反應，可以得出結論，那是一個極其少見的處于銀河系中心的中等質量黑洞。

天文家們對于恒星級黑洞的形成過程比較熟悉，但是對于星系中央的超巨型黑洞，以及中等質量黑洞究竟如何形成，至今仍然缺少有效的理論和觀測數(shù)據(jù)。在銀河系內部這個中等質量黑洞的出現(xiàn)，是天文學家們不可多得的研究材料。

而另一方面，在過去的半年里，天文學家們同樣在觀測著一場極為罕見的超新星爆發(fā)。近幾十年來，天文學家們發(fā)現(xiàn)了一種新型的超新星——高亮度超新星，這種極為明亮的天體也被俗稱為“hypernovae”。在2015年6月，全天自動化超新星探測系統(tǒng)（All Sky Automated Survey for SuperNovae）通過智利的美洲天文臺觀測到了目前為止最明亮的超新星爆發(fā)，這迅速吸引了學者東蘇勃的注意，他注意到“ASASSN-15lh”超新星與其他超新星有所不同，氫含量較低。這顆相當于50～100個太陽質量的恒星到了生命末期，在耗盡燃料之后塌縮為一顆直徑只有十幾公里的致密的、快速旋轉并且擁有極強磁場的中子星——“磁星”，為這次超乎尋常的超新星爆發(fā)提供了源源不斷的能量。

自從人類發(fā)現(xiàn)這場高亮度超新星爆發(fā)7個月以來，它的亮度在最高點時相當于太陽亮度的5700億倍，相當于普通超新星亮度的100倍，這種級別的爆發(fā)也要比普通超新星稀少1000倍。這個被命名為“ASASSN-15lh”的高亮度超新星爆發(fā)，把人類此前關于超新星爆發(fā)和燃料來源的理論都推到了極限。2016年1月15日，北京大學的天文學家東蘇勃作為第一作者和通訊作者，與他的合作者們共同在《科學》（Science）雜志發(fā)表論文《ASASSN-15lh：一顆超高亮度超新星》（ASASSN-15lh：A highly super-luminous supernova），探討這場人類歷史上發(fā)現(xiàn)的最為明亮的超新星爆發(fā)事件。

黑洞與超新星，這些最明亮與最黑暗的天體，使人類不斷在宇宙中發(fā)現(xiàn)前所未見的極端景象。這些新發(fā)現(xiàn)必將引領人類發(fā)現(xiàn)更深刻的自然規(guī)律，但僅僅是這些遠超人類想象力的景象就已經足以讓人驚嘆，被宇宙的神奇與偉大所震撼。