2019-09-25・旺報-綜合報導

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黑洞超強吸力 陸科學家解密

發表《吸積理論》 偵測大量星系氣體相撞發光

因為黑洞的發光、中空圓形外觀,被暱稱為「發光的甜甜圈」,不過這個「甜甜圈」卻是世界上最神祕、最受矚目的天體之一,日前英國學術期刊《自然》雜誌在網上發表了大陸極地研究中心、大陸科學院國家天文台、大陸科學技術大學等研究單位共同完成的一項關於黑洞重要論文《供給類星體超大質量黑洞吸積盤燃料的核區快速內流》(以下簡稱《論文》),這項研究為重要的黑洞理論《吸積理論》找到了確定的觀測證據。

▲一名男孩參觀長沙博物館「逃離黑洞」展廳。(新華社資料照片)
▲一名男孩參觀長沙博物館「逃離黑洞」展廳。(新華社資料照片)

大陸極地研究中心副研究員,同時也是《論文》的作者之一姜鵬說,星系是宇宙中的基本單位,天文學家認為「幾乎所有星系中心都存在超大質量黑洞」,大多數星系中的黑洞是「寧靜」的,少數星系中的質量黑洞則是「活動」的,人類所居住的銀河系的黑洞就是屬於「寧靜」的。而黑洞之所以是黑色的是因為它質量極大、引力極大,就像一個「吞噬之口」,連光都逃不掉。

釋出萬億倍太陽亮度

姜鵬指出,若有大量氣體向黑洞流動形成發光的吸積盤,這種星系中心的亮度遠超過星系總體平均亮度,這種星系稱「類星體」,類星體是宇宙中最明亮的天體之一,是遙遠星系中的劇烈發光現象,根據黑洞《吸積理論》,星系氣體下落到距離黑洞約1光年的位置時,黑洞的強大引力和高速轉動會形成盤狀氣體流,也就是吸積盤,吸積盤中的氣體高速碰撞摩擦,變得非常高溫,釋放出相當於萬億倍太陽亮度的能量,發光遠遠超過了整個星系,因此人們看到了類似「甜甜圈的亮環」。
姜鵬說,在《論文》提出之前,還沒有人親眼看到氣體流入黑洞吸積盤,因此也不能確定到底是什麼原因能夠提供黑洞源源不斷的燃料,科學家們甚至不確定,分布在半徑約一萬光年到10萬光年左右的廣闊星系中的星際物質是否能夠準確地找到黑洞所在地,並且精準地朝著這個方向流動,而他們的團隊偵測到了氣體流入吸積盤的過程,找到了證明《吸積理論》的重要證據,為這一理論拼上了最後一塊拼圖。

▲民眾用望遠鏡觀測星空。(CFP)
▲民眾用望遠鏡觀測星空。(CFP)

距離太遙遠難觀測

姜鵬表示,氣體流入吸積盤之所以難以被證實,其中一個最大的困難就是黑洞離我們太遠,他們研究的黑洞之一距離地球就有125億光年的距離,團隊利用宇宙中最為豐富的氫和氦元素的光譜吸收線特徵來追蹤氣流的方向,透過光譜追蹤氫和氦元素,他們發現氣體背向觀測者運動流入星系核區,也就是黑洞方向,並且速度由靜止持續增加到每秒5000公里,代表氣體受黑洞引力作用持續加速下落,每秒5000公里對應吸積盤外邊界處的自由落體速度,從運動學上直接證實氣體確實達到了吸積盤。
姜鵬說,黑洞相關研究的重大突破之所以備受矚目,其中重要的原因就是人類永遠對「探究自己的起源」感興趣,從宇宙演化到星系演化,再到地球演化、生命起源,是一條不可分割的鏈條,在這個鏈條上可以看出,星系演化是連接人類和宇宙的必經橋梁,黑洞和星系的相互作用,包括黑洞吸積和外流過程在內的物質、能量交換等,是極其重要的環節,人類所居住的銀河系中心也有一個黑洞,如果有一天它開始「活動」,人類也將無法生存,所以人類對黑洞的了解越多,也是保護族群延續的一種方式。(記者/林至柔)

小靈通/黑洞

根據廣義相對論,在宇宙空間中存在的一種質量相當大的天體和星體,由質量足夠大的恆星在核融合反應的燃料耗盡後發生重力塌縮而形成。黑洞質量之大,導致產生強大的重力場,大量可測物質和輻射都會被吸入,連傳播速度極快的光子也逃不過。黑洞的命名是根據熱力學上完全不反射光線的黑體,故名黑洞,截至目前為止,所發現質量最小的黑洞大約有3.8倍太陽質量。(林至柔)