书城科普读物大视野知识文库(插图)世界未解之谜
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第2章 神秘的黑洞

晴朗的夜晚人们遥望星空。那些亮晶晶的小星星看起来没有什么个性,它们存在的唯一证明只是它们的明亮。然而还有不发出亮光的星体,它们的意义更为重大。美国宇航局曾经发射了高能的天文观测系统,研究太空中看不见的光线。在发回的x射线宇宙照片中,最惊人的是那些从前被认为已“消失”了的星体依旧放出强烈的宇宙射线,远甚于太阳这样的恒星体。这证明了长久以来的一个怪异设想:宇宙中存在着看不见的黑洞。

黑洞的性质不能用常理的观念思考,但是它的原理大家都能接受。黑洞形成的必要条件就是:一个巨大的物体,集中在一个极小的范围。

晚期的恒星恰巧具备了这样的条件。当恒星能量衰竭时,向外的张力不能抵消自身的重力,恒星逐渐向内聚合,由于强大的动力,会使得电子都被压入原子核,原子收缩,恒星进入白矮星阶段,体积变小,亮度惊人。白矮星进一步内聚,最后突变成一个点,整个过程不到一秒。在我们看来恒星消失了,一个黑洞诞生了。

一个像太阳这样大的恒星,自身引力如此之大,可能最终收缩成像一个高尔夫球那样大,甚至“什么都没有”。由于无限大的密度,崩坍了的星体具有不可思议的引力,附近的物质可能被吸进去,甚至光线都不能逃脱——这就是看不见它的原因。这个深不可测的洞,就被称为“黑洞”。科学家相信大多数星系的中心都有黑洞,包括我们身在其中的银河系。根据相对论,百分之九十的宇宙都消失在黑洞里。所以一种令人吃惊的说法是:“无限的黑洞乃是宇宙的本身。”

黑洞里面有什么?我们只能从理论上推测。假如一位勇敢的宇航员驾驶飞船奔向黑洞,他感觉到的第一件事就是无情的引力。从窗口望出去周围是星光衬托下的一个平底锅似的圆盘。走得更近了,远方似乎宽广的“地平线”发出x光,包围着深不可测的黑洞。光线在附近扭曲,形成一个光环。这时宇航员想要返航已经来不及了,巨大的引力吸引着他向黑洞中心飞去,头和脚之间巨大的引力差使他如同坐在刑具台上,远在“地平线”以外5000千米,引力就把他撕碎了。

那么,怎样才能在无际的太空中发现黑洞呢?天文学家利用光学望远镜和x射线观察装置密切地注视着几十个“双子”星座,它们的特别之处在于两个恒星大小相等,谁都不能俘获谁,因而互相围绕着运转。如果其中一颗星发生了不规则的轨道变化,亮度降低或消失,有可能就是因为附近产生了黑洞。

人类为探索黑洞付出了不懈地努力。

最为成功的是在肯尼亚发射的第一颗x射线卫星观测系统,这个系统被称做“乌胡鲁”。这个装置在发射后运行3个月就发现了天鹅星座的异常。天鹅座X-1星发出的“无线电波”使得人们可以准确地测定它的位置。X-1星比太阳大20倍,离地球8000光年。研究表明这颗亮星的轨道发生了改变,原因在于它的看不见的邻居——一个有太阳5~10倍大的黑洞,它围绕X-1旋转的周期是5天,它们之间的距离是2000万千米。这是人类确定的最早一个黑洞体。

自从哥白尼和伽利略以来,还没有一个关于宇宙的理论具有如此的革命性。黑洞的普遍性一旦证实,那么宇宙不仅比我们想像的神秘,而且比我们所能想像的还要神秘。我们知道宇宙处于不断的扩张中,这是“宇宙核”初期爆炸的结果,宇宙核乃是一切物质的来源。当那里的物质越来越稀薄时,宇宙是否停止扩张?天体的巨大引力是否最终引起宇宙收缩?相对论的回答是肯定的,黑洞的存在部分有力地证实了这种预言。即使宇宙不会消失在一个黑洞中,也可能会消失在几百万个黑洞中。另外,彻底揭开黑洞之谜,还意味着给予有关人类终极命运的思索以一个明确的答案。

恒星是由炽热气体组成的、本身能发光的天体。

黑洞是一种体积极小、质量极大的天体。由于质量巨大,黑洞拥有极强的引力,连光也无法从中逃逸。

白矮星的光度只有太阳的几万分之一,体积比地球小,但它的密度却大得惊人:每立方厘米的白矮星物质就有几百千克。

恒星常常爱好“群居”,天上有很多一对对的星星“紧紧地”靠在一起,按照一定的规律互相绕转着,科学上称它们为双星。大约有二分之一的星星都过着这种“成双成对”的生活,更有一些称做聚星的系统,那就是三颗、四颗或更多颗恒星聚集在一起。有时有十多颗,甚至成千上万颗星聚集在一起,形成团星,这就是“星团”。