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[天体观测] 美科學家將公佈照片證實黑洞存在

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发表于 2009-10-27 20:59 | 显示全部楼层 |阅读模式
美國一個硏究小組日前表示,有望在未來幾個月公佈一批能確切證明宇宙黑洞存在的照片,首度揭開這一神秘物體的廬山眞面目。

    位於銀河系的中心存有一片陰影。科學家一直認為,他們所看到的陰影,其實是一個具超大質量的宇宙黑洞。在那兒,引力規則就是至高無上的主宰,周圍的光線通通被黑洞呑噬,就連宇宙空間結構也將被拉伸至回折點。

    或許,黑洞是目前宇宙科學中最大膽的假設,縱然天文學家可以根據理論繪製黑洞圖片,或是找出許多看似是黑洞的天體證據,但其實迄今,仍然沒有人親眼見證過黑洞的存在。

    即便如此,科學家近日還是揚稱,這長久以來神秘兮兮的宇宙未知數,或許會在幾個月之內得以破解。

    檢驗廣義相對論

    天文學家目前正在整合地球上多台微波望遠鏡,務求使其變成迄今最精確的天文觀測儀器。天文學家會將“巨眼”對準銀河系中心一個超大質量的黑洞所在位置——代號為“射手座A星”的黑洞。即使這個最精確的天文觀測儀尙未完成構建,但這個“微波巨眼”已成功拍攝到一張“射手座A星”的迷人美照。

    美國麻省理工學院赫斯塔克天文台的天文學家舍普.多爾曼及其團隊表示,首先他們希望人們可以在不久之後,以肉眼見證“射手座A星”黑洞的黑色輪廓。接下來,他們希望人們親睹墜向黑洞的物質,以勾畫出黑洞遭扭曲的時空畫面。通過這些數據,科學家將得到黑洞形成及發展過程的信息。

    這些觀測數據將會是科學家迄今對愛因斯坦“廣義相對論”的最嚴格檢驗。“廣義相對論”預測了黑洞的存在,科學家指出,若最後證實相對論遭否定,即宇宙黑洞根本不存在,那麼多爾曼團隊屆時看到的自然不會是黑洞,而是更加奇怪的東西。

    超大質量的黑洞

    不過到目前為止,唯一確信無疑的,就是一個龐大的神秘天體隱藏於銀河系中心——因為它擁有的強大引力,正影響着附近的恆星及氣體運動。這一神秘天體的質量相當於太陽的四百五十萬倍,情況就如在銀河系裡湧進一個大小相等於太陽系的區域,讓物質以如此緊密的方式聚在一起,情況十分罕見。而又由於一大群中子星或小質量的黑洞其實經常處於極不穩定狀態,因此科學家認為,對於這個物體最好的解釋,就是一個超大質量黑洞。

    而這個擁有超大質量的黑洞所在位置,被科學家認定為處於多數大星系的中心。在存在於一些所謂活動星系的黑洞中,大量氣體被捲入洞口之中,在其周圍形成一圈熾熱的物質,從而令周圍數十億顆恆星變得黯然失色。

    然而,人類所處的銀河系顯然沒有黑洞那麼好運能夠捲入氣體,我們只能依靠附近恆星噴射的一層稀薄氣體存活。而隨着氣體向黑洞方向運轉,它會加熱並照亮黑洞,儘管看上去遠比活動星系內的圓盤狀物體昏暗,不過此時由無線電到X光等各類型的電磁輻射物將同時噴射而出,場面亦相當壯觀。

    顧名思義,黑洞自身是不會發光的,但它卻可以呑噬光線。這就是目前所認知到的結果——黑洞周圍氣體發出的光被呑噬,在熾熱的發光氣體背景之下,黑洞就成了一個陰影或輪廓。看到這片陰影絕非易事,因為它並沒有輪廓鮮明的邊緣,因此人們只能在黑洞前方看到光和氣體釋放的其他放射物,而且,陰影範圍十分小。

    按照愛因斯坦“相對論”的解釋,一個質量相當於四百五十萬個太陽的超大質量黑洞的直徑,應該為二千七百公里,即使其引力會使附近的光線彎曲,讓它看上去的面積比實際大兩倍,但這個黑洞看上去,仍舊非常小。從地球上看過去,這可能覆蓋大約五十微角秒的角度——其大小比例,就好比一顆出現在月球上的足球,或是整條手臂上的一個細菌。

    所拍照片不清晰

    按這個比例分析,一般的望遠鏡根本就不可能觀測這種小黑點。因此,多爾曼正利用一種成熟的技術——“甚長基線干涉測量法”去探尋可能性。通過將全球各地無線觀測數據結合起來,天文學家可以有效地重建大型天線看到的物體——即便像地球一樣大的物體。由於小天線很少搜集光,因此“甚長基線干涉測量法望遠鏡”生成的圖像或許不甚理想,但它卻可以揭示更多細節。

    由於過去“甚長基線干涉測量法望遠鏡”對銀河系中心的觀測距離過於遙遠,根本看不清楚黑洞的陰影。哈佛大學天體物理學家艾維.羅布形容:“看上去就像濃密的大霧令街燈的照片顯得很模糊。”更糟糕的是,黑洞周圍的氣體對大多數波長而言,都是不透明的,情況就猶如再在陰影之上多蒙一層紗。

    多爾曼的團隊在對“甚長基線干涉測量法”望遠鏡進行改進後,令其可以在一點三毫米超短波範圍內工作。二○○七年四月,他們利用架設在亞利桑那州、加利福尼亞州以及夏威夷三地山頂的望遠鏡,眺望太空,但其觀測結果卻相當令人失望。儘管三處的超短波望遠鏡捕捉到“射手座A星”中心區域的雷射信號,但卻沒有掌握截取這個黑洞清晰照片的足夠信息。

    “事相面”的存在

    多曼爾說:“我們具有匹配這一數據的兩種模型。”根據其中一款模型的數據顯示,“射手座A星”看上去就像是一個中心有個大洞的甜麵圈,這或許就是個超大質量的黑洞。然而不幸的是,觀察數據還顯示了一團白色的噴射物質,但當中並無明顯的黑洞陰影。

    即便如此,這些早期的觀測數據也是“射手座A星”確實屬於黑洞的強烈跡象。根據加拿大多倫多大學天文學系敎授艾弗里.布羅德里克表示,硏究結果幾乎肯定了“事相面”的存在——“事相面”是物理學上的名稱,意指黑洞邊界;是科學家在形容黑洞重要特徵時的代詞。

    布羅德里克與哈佛大學的羅布及拉梅什.納拉亞一同分析了有關多爾曼的硏究結果,他們同時認為,若“射手座A星”具有一個表面,那麼這個表面可能會熱得發光,並且不斷釋放紅外光。而事實上,天文學家尙未觀測到這種發光現象。他們總結認為,或許“事相面”給“射手座A星”蒙上了一層外衣,讓天文學家無法看穿裡面的東西。

    這一結論目前尙存在諸多漏洞,因此若能夠以肉眼眞正看見黑洞本身當然更好。今年四月,多爾曼重返夏威夷,為增加望遠鏡的敏感度,他決定嘗試利用莫納克亞山頂的三台望遠鏡。經過數個月的處理,最新觀測數據最終會揭開銀河系中心,神秘陰影的廬山眞面目。
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