超大質(zhì)量黑洞吞噬氣體云的瞬間

■ 梅拉里

天文學家利用歐南天文臺（ESO）超大望遠鏡NACO紅外相機和SINFONI紅外光譜儀，觀察位于銀河系中心的超大質(zhì)量黑洞人馬座A*（Sgr A*），結果發(fā)現(xiàn)一個質(zhì)量約為地球數(shù)倍大的氣體云正加速朝黑洞而去。這是天文學家首度看到這類氣體云被超大質(zhì)量黑洞吞噬的瞬間，相關論文發(fā)表在2012年1月5日出版的《自然》期刊上。

天文學家相信我們銀河系的中心有個質(zhì)量高達400萬倍太陽質(zhì)量的超大質(zhì)量黑洞，但因為連宇宙中速度最快的光接近黑洞時，都會被黑洞吞噬，無法直擊黑洞的情形，因此必須借助周圍其他天體來間接了解這個黑洞。

由德國普朗克地外物理研究所理查德領軍的研究團隊，利用ESO望遠鏡執(zhí)行了一個長達20年的計劃，監(jiān)測Sgr A*周圍的恒星運動狀況。在監(jiān)測過程中，他們發(fā)現(xiàn)一個獨特的新天體高速向黑洞接近。過去7年間，這個天體的速度幾乎增加為發(fā)現(xiàn)時的2倍，達到800萬千米/小時。

它的軌道是橢圓的，理查德等人估計約在2013年年中左右，這個天體就會離Sgr A*這個黑洞的事件穹界（黑洞邊界）僅約400億千米之遙。這個距離聽起來很遠，可是僅相當于36光時，以天文尺度而言，算是與超大質(zhì)量黑洞非常近的距離了。而且科學家估計這團云氣最靠近黑洞而沒被瓦解的距離，大約是3AU以內(nèi)。1光時代表光行走1小時的距離，相當于300000千米/秒×3600秒=10.8億千米，大約比太陽到木星距離多一點。1AU代表太陽到地球的平均距離，相當于1.5億千米，3AU大約相當于在火星到木星之間的距離。

然而觀測數(shù)據(jù)顯示，這個天體的溫度遠低于附近的恒星，僅有280℃左右（一般正常恒星的表面溫度約數(shù)千度到數(shù)萬度），主要是由氫與氦等元素所組成。這是個含塵量偏高的離子氣體云，總質(zhì)量約為地球的3倍左右。由于受到鄰近眾多而熾熱的恒星所發(fā)出的強烈紫外輻射影響，這個云氣已被游離化而發(fā)出光芒。

這個云氣的密度比環(huán)繞在Sgr A*黑洞周圍吸積盤內(nèi)的熾熱氣體還高許多，但當它愈來愈接近黑洞時，愈來愈高的外來壓力會壓縮這個云氣。在此同時，研究顯示愈接近黑洞，來自黑洞的重力也愈來愈強，使得云氣速度持續(xù)增加，最后導致云氣在邊環(huán)繞、邊落往黑洞表面的過程中，被拉扯變形，沿著環(huán)繞黑洞的軌道散布。

在科幻片或科幻圖畫中，?？梢姷浇咏诙吹暮教靻T被拉長成面條一般的景象，但現(xiàn)在卻是真實看到類似的事情發(fā)生了。這樣被拉扯變形的結果，將使云氣分裂瓦解，再被黑洞一一吞噬。這些天文學家從2008年和2011年所拍的影像中已經(jīng)看到這個云氣的邊緣發(fā)生碎裂的現(xiàn)象，這顯示云氣正在加速分裂，所以他們估計這個云氣結構可能在未來數(shù)年內(nèi)便會完全瓦解。

除此之外，當散布在軌道上的物質(zhì)于2013年愈來愈接近Sgr A*時，其溫度也會愈來愈高，屆時可能會發(fā)出X射線輻射。目前少有物質(zhì)接近Sgr A*，因此這團新發(fā)現(xiàn)的云氣物質(zhì)將是Sgr A*未來數(shù)年內(nèi)唯一的“餐點”。

對于這團云氣的來源，有些天文學家認為可能是鄰近的年輕大質(zhì)量恒星因所發(fā)出的恒星風非常強烈，導致其快速流失質(zhì)量所致。這類恒星基本上會將流失的氣體吹得很遠。天文學家在Sgr A*附近發(fā)現(xiàn)一對雙星正環(huán)繞Sgr A*運轉，它們的恒星風互相撞擊激蕩，非?？赡芫痛诵纬闪诉@團云氣。

理查德表示：未來2年內(nèi)，這團云氣和超大質(zhì)量黑洞之間的互動狀況必定非常有趣，如能密切監(jiān)視其發(fā)展，對于了解黑洞周圍物質(zhì)的行為特性有非常大的幫助。而Sgr A*是離我們最近、最容易觀察的超大質(zhì)量黑洞，如果能對其性質(zhì)進一步了解，便可將對Sgr A*的了解，延伸應用到其他星系中心的超大質(zhì)量黑洞上。