來(lái)自黑洞的報告

　　黑洞就象一個(gè)即使光也無(wú)法逃脫的“黑暗洞穴”。這種天體在宇宙中并不罕見(jiàn)，許多星系中心似乎都存在有黑洞。此外，質(zhì)量巨大的星球在發(fā)生超新星爆炸之后也會(huì )形成黑洞。但是，因為以可見(jiàn)看到，所以也充滿(mǎn)了許多謎題。

　　在活潑的星系中心核里面可能存在著(zhù)質(zhì)量為太陽(yáng)1000萬(wàn)至10億倍的巨大黑洞�；顫娦窍抵行暮藰O為狹小的區域內活動(dòng)相當劇烈，不但能?chē)娚淞�，而且也�?huì )放射出從伽瑪射線(xiàn)到電波的強力電磁波，而支撐這些活動(dòng)的就是巨大的黑洞。

　　黑洞附近的氣體會(huì )形成一個(gè)朝旋轉軸的垂直面崩塌的圓盤(pán)，稱(chēng)為“增積圓盤(pán)”。增積圓盤(pán)內的氣體內由于彼此之間的摩擦而失去旋轉速度，乃逐漸朝黑洞掉落，這時(shí)釋出的重力能（位能）就成了支撐星系中心核活動(dòng)的能量來(lái)源之一。

　　NGC4258距離銀河系2100萬(wàn)光年，是一個(gè)相當靠近我們的活潑星系，其中心擁有一個(gè)巨大黑洞。由于NGC4258的水分子會(huì )放出輻射，科學(xué)家便利用這點(diǎn)，使用具有高解析度的超長(cháng)基線(xiàn)電波干涉群測定其中心附近氣體的旋轉速度。輻射是非常強烈的且寬度非常狹窄的亮線(xiàn)，因此有利于觀(guān)測。根據輻射原來(lái)的波長(cháng)和實(shí)際觀(guān)測到的的波長(cháng)的差，正確求算出氣體的視線(xiàn)速度（天體的運動(dòng)速度中，觀(guān)測者與天體之連系方向的分量），得知輻射源水分子所在圓盤(pán)在中心天體的周?chē)�進(jìn)行開(kāi)普勒旋轉。我們從幾近正側面的方向觀(guān)看這個(gè)圓盤(pán)，測出旋轉速度的最小半徑大約3天文單位，推估其中存在著(zhù)一個(gè)質(zhì)量為太陽(yáng)3700萬(wàn)倍的巨大黑洞。

　　但即使具有超長(cháng)基線(xiàn)電波干涉群和哈勃太空望遠鏡的解像力，想要解析黑洞本體或其增積圓盤(pán)都還差的得遠。對NGC4258最多只能解析到重力半徑1萬(wàn)倍的尺度，觀(guān)測到的圓盤(pán)也只是在增積圓盤(pán)外側形成的東西。相對地，若想獲得重力半徑數據倍程度的貼近中心區的訊息，X射線(xiàn)是非常有效的方法，這從日本的X射線(xiàn)天文衛星“飛鳥(niǎo)號”的觀(guān)測資料可以得知。

　　“飛鳥(niǎo)號”觀(guān)測活潑星系MCG-6-30-15，發(fā)現了高溫電離的鐵所發(fā)出X射線(xiàn)的亮線(xiàn)光譜，這條亮線(xiàn)往長(cháng)波長(cháng)的方向拉伸�？茖W(xué)家認為這是X射線(xiàn)在貼近黑洞之處放出，被增積圓盤(pán)的表面反射而被我們觀(guān)測到的結果。據推測，增積圓盤(pán)的盤(pán)面大致朝向我們的方向，X射線(xiàn)的反射是發(fā)生的重力半徑大約3至10倍左右的地方。換句話(huà)，“飛鳥(niǎo)號”偵測到了在相當接近黑洞之處發(fā)生的現象。波長(cháng)被拉長(cháng)，主要是因為黑洞的重力場(chǎng)所造成的紅位移，這表示直接觀(guān)測到了相對論效應。

　　在更進(jìn)一步的分析之后，科學(xué)家推測MGC-6-30-15的黑洞似乎正在高速旋轉中，速度直逼可容許的最大限度�？茖W(xué)家正期盼著(zhù)憑借今后更詳細的觀(guān)測可以推估出黑洞的質(zhì)量。

　　從中心核噴出噴射流并放射出強力電磁的活潑星系有許多種類(lèi)，有時(shí)總括各種形態(tài)統稱(chēng)之國為活潑星系有許多種類(lèi)，有時(shí)總括各種形態(tài)統稱(chēng)之為活潑星系，有時(shí)則分為似星體及賽法特星系等等。過(guò)去我們一直試著(zhù)把活潑星系做概括性的理解，并在這個(gè)過(guò)程中逐漸明了黑洞的演化。

　　黑洞是在高速旋轉的狀況下誕生，即使不是這樣，誕生之后由于具有角動(dòng)量的物質(zhì)大量落下，在這種高質(zhì)量增積率之下也能把旋轉速度提高到幾近極限的狀態(tài)。巨大黑洞的生涯中，處于最高活潑狀態(tài)的就是電波活躍。但這個(gè)活潑狀態(tài)無(wú)法維持長(cháng)久，不久之后就會(huì )因布朗福德·茲納杰克過(guò)程抽掉黑洞的旋轉能量，使得旋轉速度降低而失去活潑性。換言之，黑洞在演化的過(guò)程當中會(huì )越來(lái)越趨衰弱。

　　活潑星系之中也有因為特別活潑而被懷疑有巨大黑洞存在的，那就是似星體。似星體在遠方（過(guò)去）的宇宙中分布眾多，但在近處（現在）的宇宙中則十分稀少。因此科學(xué)家也懷疑黑洞誕生之后，其活潑性會(huì )隨著(zhù)時(shí)間的流逝而漸次減弱，進(jìn)而一步步走向死亡。位于我們近處（亦即誕生之后過(guò)了一段）的星系的中心核或許有黑洞的殘骸。

　　電波活潑是具有大規模電波噴射流活潑星系中心核的一種，在電波活躍中，從正上方俯視噴射流非常強，看起來(lái)好象在做超光速運動(dòng)。最快的看起來(lái)達到光速的10倍。但是，擴展超過(guò)1千秒差距（1秒差距等于3.26光年）以上的部分并不是超光速運動(dòng)。

　　銀河系的中心有個(gè)稱(chēng)為“人馬座A星”的強力電波源�，F在我們已經(jīng)根據銀河系中心周?chē)?0萬(wàn)天文單位范圍內的氣體和星球的運動(dòng)，推定其中有一個(gè)質(zhì)量為太陽(yáng)100萬(wàn)左右的黑洞存在。

　　從觀(guān)測也得知其“質(zhì)量增積率”，亦即一年之內有太陽(yáng)幾倍的質(zhì)量掉入黑洞。但是，若根據標準的增積圓盤(pán)模型，則中心區域應該比實(shí)際觀(guān)測到的要明亮的得多。因此，黑洞有存在本身也受到質(zhì)疑。

　　不過(guò)，這個(gè)問(wèn)題可以利用新的增積流模型予以圓滿(mǎn)解決。根據此模型，質(zhì)量增積率小于某個(gè)界限的時(shí)候，增積圓盤(pán)內的電漿密度會(huì )變小，導致輻射的效率惡化。結果，圓盤(pán)會(huì )變熱而膨脹。在這樣的情況下，電漿流無(wú)法以輻射的形式放射出能量，而保留大部分能量掉入黑洞。這稱(chēng)為“移送流主體的增積流”。此時(shí)流動(dòng)已不再是圓盤(pán)狀，而成為從四面八方流入的球狀。

　　根據新模型求算的黑洞質(zhì)量為70萬(wàn)倍太陽(yáng)質(zhì)量，和以前推算的值十分吻合，更加確定了黑洞的存在。

　　理論上，黑洞可分為不具角動(dòng)量的史瓦茲契爾德黑洞、具有角動(dòng)量的卡爾黑洞、具有電荷的雷斯納黑洞，以及具有電荷和角動(dòng)量的卡爾黑洞等等。但是，實(shí)際存在于宇宙空間的可能只有卡爾黑洞。

　　根據愛(ài)因斯坦的變換公式，卡爾黑洞擁有的能量為其全體質(zhì)量乘上光速的平方。這些能量可依其性質(zhì)分為兩種，其中一種是絕對不會(huì )減少的質(zhì)量，稱(chēng)為“不減質(zhì)量”。全部質(zhì)量減去“不減質(zhì)量”的差稱(chēng)為“可減質(zhì)量”，也就是黑洞的旋轉能量。一個(gè)旋轉達速度達到極限的黑洞，其所具有的旋轉能量相當于其全部質(zhì)量的29%，這樣的黑洞即稱(chēng)為“極限的卡爾黑洞”。

　　不過(guò)，極限的旋轉狀態(tài)非常特殊。一般而言，黑洞是把密度和重力都無(wú)限大的點(diǎn)——“奇異點(diǎn)”——藏在事象地平面以?xún)�。在這種狀況下，由于物理學(xué)家并未直接看到，所以眼不見(jiàn)為凈。但是，如果旋轉速度達到極限狀態(tài)，奇異點(diǎn)便會(huì )浮到事象地平面，成為“裸露的奇異點(diǎn)”，這種狀況直是叫物理學(xué)家瞪目以對，無(wú)可閃躲。

　　質(zhì)量巨大的星球在演化的最后階段發(fā)生超新星爆炸，中子星變成黑洞。這些星球如果是雙星系的成員，爆炸時(shí)的沖擊會(huì )產(chǎn)生非對稱(chēng)性現象（即非對稱(chēng)性沖擊）。中子星雙星會(huì )因非對稱(chēng)性沖擊而具有秒速400公里以上的巨大空間速度；但是，黑洞雙星的非對稱(chēng)性沖擊則可能在事象地了平面內側被吸收殆盡，所以無(wú)法獲得巨大的空間速度。不過(guò)，1994年發(fā)現的X射線(xiàn)新星GROJ155-40卻具有秒速150公里的空間速度。因為該雙星系的主星質(zhì)量為太陽(yáng)的3.2倍以上，所以不是中子星而是黑洞。

　　關(guān)于高速黑洞雙星的誕生有不同說(shuō)法，第一種說(shuō)法是超新星爆炸后，首先誕生具有巨大空間速度的中子星，然后立刻發(fā)生第一次重力塌縮，物質(zhì)陷落再引發(fā)第二次重力塌縮，結果誕生黑洞。另一種說(shuō)法是中子星誕生時(shí)的溫度極高，即使所具有質(zhì)量超過(guò)冷中子星的安定極限仍可能存在；但在冷卻之后，由于相變而引發(fā)二次性的重力塌縮面變成黑洞。

　　今后如發(fā)現更多GROJ155-40之類(lèi)的高速黑洞星系，或許便可以證實(shí)它的起源確是經(jīng)過(guò)中子星變成黑洞。