我们的重重重(等等)孙除了星系间的宇宙射线,还会面临另一个问题。这个问题离我们稍微近了些——事实上,就在城区。不过,要理解它,我们需要在时间轴上退后一小步,在空间上往后一大步。
1963年,有个谜团困扰着天文学家。射电天文学家发现了一种物质,在射频光谱中,它非常明亮,而且非常稳定。问题是,当时的技术水平无法准确地弄清这个物体的位置——和研究伽马射线爆发的天文学家在几年后遇到的问题类似。
一个巧合扭转了这种局面:这个天体——被称作3C273——在天空中的位置恰巧与围绕地球运转的月亮的位置发生了重叠。这意味着月亮会不时地经过3C273,把它挡住。通过精确地计量来自这个物体的无线电波被月亮的边缘遮挡的时间,再根据月亮的准确位置,天文学家就能够较为准确地推算出这个物体的位置……当他们把光学望远镜对准这个位置时,他们看到的只是一颗微弱的蓝色恒星。这很令人震惊——如此微弱的可见光发射体怎么能发出如此强烈的无线电波呢?
当发现这个物体离我们的距离有1亿光年时,事情变得更加让人困惑。它远非一颗无足轻重的暗淡蓝星,3C273肯定是宇宙中已知的最明亮的恒星。
随后,相继发现了很多这样的天体,它们被授予“类恒星”的称号,意思是“类似于恒星的物体”。另外,相似的物体也被发现,它们全部发出横跨光谱的射线,而且其中的一些家伙发出的能量是太阳的数万亿倍,是整个银河系能量输出总量的数百倍!
过了一段时间,人们了解到这些物体是和我们类似的星系,只是它们的能量从内核迸发出来而显得格外明亮。到底是何方神圣所为?无论这个能量源是什么,它应该很小,之所以推断这个能量源体积不大,是经过一些复杂的物理学推理而来,另外也是根据能量源亮度变化的速度——体积越大,能量输出变化的速度就越慢。从3C273和其它类星体能量散发的频发波动可以看出,它们巨大能量的源头肯定和太阳系的规模相同;和一个完整的星系比起来就微小得多了。而且能大量产生无线电波、可见光和X射线。
天文学家所知的天体只有一个能符合所有这些特征:黑洞。
但是即使是具有恒星质量的黑洞也不能发出那种能量。天文学家开始紧紧抓住这样一个事实,肯定有一种不同种类的黑洞,更骇人的一种:超大质量黑洞(SMBH)。
过了一段时间后,人们发现,宇宙中每一个大的星系都是以一个超大质量黑洞为内核的。甚至是我们的银河系也是如此——它被称作人马座A(读作“人马座A星”),或者简称为Sgr A——其质量是太阳的4万倍。
室女座星团中的一个巨大的椭圆星系——M87——是离我们最近的活跃星系。其内核中潜伏的超大质量黑洞发出一股以接近光速运动的能量和物质流。
即使这样,它还是被划入“轻量级选手”的行列。巨大的椭圆星系M87中心的黑洞,距离我们6万光年,比3C273要近得多(虽然仍然很远),其质量是所知的超大质量黑洞中最高的——太阳的1亿倍。据估计,一些更远的类星体的超大质量黑洞是太阳质量的1亿倍,不过这些都还没有确定。这些超级明亮的天体——现在统称为活跃星系(active galaxies)——之所以如此明亮,是因为它们内核的黑洞有充足的食物:气体、尘埃甚至恒星被源源不断地填入这些怪物张开的大口中。随着物质的进入(和黑洞从伽马射线爆发中形成时类似),会形成一个扁平的吸积盘。摩擦力和磁力使得这个盘体的温度上升到数百万度,变得非常明亮(见第五章)。它也会发出X射线,甚至是能量更高的伽马射线。
如我们在第四章中看到的,带有吸积盘的黑洞还会形成物质和能量束,超大质量的黑洞同样可以办到。它就像是星系规模的伽马射线爆发,不过,并不只是维持几秒钟,稳定的、持续的能量源使得它能坚持数百万年,或者更长。活跃的星系是宇宙中最大的能量库。
这些活跃星系的内部环境一定是非常有趣的(如果你把“有趣”定义为“超乎想象的恐怖”的话)。即使没有物质和能量束,这些星系的内核也会涌出横跨电磁波谱的能量。任何靠近内核的恒星都会遭到无线电波、可见光、X射线甚至伽马射线的轮番轰击。
甚至其它的星系也会因为有了如此不友好的邻居而不得安生:3C321由两个星系组成,其中的一个是活跃星系。这个星系正对着远在2万光年外的伙伴“发威”。能量束给无辜的星系带去各种各样的破坏,包括撞击那里的星云,辐射那里的恒星,终结之前良好的伙伴关系,并启动所有的破坏行动。
银河系会变成一个活跃星系吗?银河系本身会成为我们的一个威胁吗?
答案是肯定的。而且它过去很有可能就是一个活跃星系。
此刻,银河系的超大质量黑洞正在“打瞌睡”。一个超大质量黑洞要变为活跃状态,需要有相当多的原料落入其中才行。从已有的证据看,我们的星系或者没在吃,或者没吃饱。我们确实看到了一些能量射出来,但是非常分散且很微弱。天文学家不能确定是什么导致了这种喷发,更不能确定其来源,这表明此时的银河系并没有朝着活跃星系的方向发展(否则能量源应该很明显)。因此我们似乎是安全的。
不能完全相信表象。研究表明,在黑洞周围有丰富的气体储备,附近的恒星喷出的星风在黑洞周围堆积了大量养料。类似的研究也发现,星风中的颗粒流会凝结。当凝结成的一大块进入黑洞时,黑洞会突然亮起来,达到短时期的活跃状态。在重新平静下来之前,它会在几年里发出巨大的能量。这种爆发几乎不会对我们造成威胁,最近的一次是在35年前——它的影响被记录在银河系中心的星云上。有关这些星云的X射线观测表明,上次爆发喷出能量的速率是黑洞处于平静状态时的1万倍。这听起来很吓人,但是要知道,最近的这次事件带来的影响根本没有被人类察觉。
还要注意的是,我们位于银河系中心25光年外的地方,在这中间可是有不少建筑物的。因此,这样的爆发似乎对我们根本不会造成什么伤害。
不过,在Sgr A的旁边还有其它的气体储备。巨大的、质量是太阳1万倍的黑色星云就潜伏在周围。它们目前还在稳定地绕着银河系的中心运转,只是目前……当星系相撞,美丽和恐怖将同时产生。这个由于其形状得名的蝌蚪星系近期刚刚与另一个星系相遇。碰撞中引力“舞出”一道长长的气体流。在很多这样的碰撞中,气体会被灌入星系中心,使得星系活跃起来。
如果看一下活跃星系的图片,你会注意到一个趋势:它们中的大多数,嗯,看起来都很有意思。它们像是由通常的漩涡或椭圆形状扭曲而来。天文学家认为这可能是由于它们近期与其它星系相遇,“交通事故”使得原本规整的星系形状被破坏。当两个星系相撞时,引力的相互作用会使得气体和尘埃涌入彼此的中心,而一旦超大质量的黑洞得到食物,它就会兴奋起来,原本平静的星系就开始活跃起来。
银河系对此类事件并没有免疫能力。它过去已经吃掉很多小星系(实际上,很有可能大部分甚至所有大的星系都是通过吃掉它们的邻居而成长起来的)。这种类型的相遇在过去可能更加普遍,因为那时的宇宙要小些,星系之间的距离也更近些。其实,像类星体这样的物体离我们都非常遥远,也就是说我们看到的都是它们“年轻”一些的样子。因为光线传播的速度毕竟是有限的,我们观看较远位置的物体时看到的其实都是早一些时候的样子。光线从太阳到达地球需要8.3分钟,因此我们看到的是它8.3分钟前的样子。我们看到的1亿光年外的星系实际上是只有几十亿年的年轻些的状态。望远镜相当于一部时间机器。事实上——像平常涉及相对论时一样,时间和空间——情况远比这要复杂得多,但是想一想距离(以光年计算)=时间(过去的年份)这种提法并不是那么可怕。宇宙曾是一个“星系吃星系”的地方,可能——甚至很有可能——所有大星系,包括我们的,都曾在年轻时属于活跃星系。
近期的相遇较少,但并不陌生。银河系近期至少吃掉了两个不同的小星系,但这些远不会激发超大质量黑洞。近期没有足够大、足够近的星系(至少现在没有;见下面)来完成这个事业,因此我们很有可能不会被我们自己的活跃星系伤到。
当然,在黑洞周围不同轨道上运行的两个星系也有可能会发生碰撞,抵消两者的动量,送入怪物的嘴中。如果出现这种情况,黑洞会被激活并保持数千年的活动状态,会有大量的X射线和亚原子颗粒流从中涌出。
好消息是,这种喷发会是束状的,就像伽马射线爆发一样。很有可能这个能量束会离开银河系的平面向上、向下,朝着远离我们的方向喷发。如果真是这样,我们还是足够安全的。
当然,在有些星系中,黑洞的中轴是与平面倾斜相交的,因此有可能它们的能量束会经过平面上的恒星。但是这种可能性很小,而且即使银河系真的如此,这个能量束击中我们的概率也可能只有1/3左右。
我倒是倾向于更高的几率,然而要有机会俯视来自银河内核超大质量黑洞的伽马射线束,需要一系列非常不确定的事件的发生。我想我们是相当安全的。
而且在你对超大质量黑洞和它们的破坏力产生太多偏见之前,我要说明一点:生命的出现可能需要它们。
既然每一个星系的中心都有一个大黑洞,那么就有必要想一想黑洞在星系的形成中扮演的角色。实际上,星系的某些特征——如恒星围绕星系的中心运转这种方式——仿佛就与中心黑洞的质量有关。你可能认为在考虑了中心黑洞的大小后这是件很自然的事,不过要记得:即使一个质量超高的黑洞,其重量也只是一个星系重量的一小部分!银河系的质量至少有太阳的2亿倍,我们自己的超大质量黑洞只占据着整个银河系质量的。2%。
理论大量存在,不过仿佛每个星系中的超大质量黑洞都与星系同时形成。随着恒星的形成,构成星系的物质流入中心,黑洞吸积这些物质,变得活跃起来,喷出巨大能量。这肯定曾剧烈影响到周围的星系,甚至会在其形成过程中削减星系自身的体积。它们会影响恒星的形成和恒星上的化学变化的内容。
当然,黑洞能以各种“有趣的”方式杀了我们。但是,总的来说,我们之所以能够存在,它们还是功不可没的。
记住:当你不时注视这个深不可测的家伙时,它也在注视着你。