銀河系的隱藏黑洞

去年錢德拉X射線天文臺記錄到來自我們星系中心的巨大X射線耀斑，使天文學家比以往任何時候都更接近他們大多數人認為潛伏在那裡的黑洞。“這項發現將我們帶向了極限，”亞利桑那大學的X射線天文學家富爾維奧·梅利亞說。梅利亞和其他人聲稱，這耀眼的爆發來自距離黑洞表面僅數光分的地方。儘管研究人員仍在推測耀斑的成因，但他們已經用它來測試關於黑洞的幾種理論，並對黑洞的大小設定了新的限制。

自 20 世紀 70 年代末以來，天文學家一直在觀測銀河系核心的一個名為人馬座 A* 的天體。透過射電望遠鏡觀察，人馬座 A* 顯得如此明亮，以至於許多人認為只有黑洞的引力才能為其提供能量。黑洞是巨大的恆星天體，它們的引力場導致周圍的時空自身摺疊，從而形成所謂的奇點，任何東西，甚至是光，都無法從中逃脫。研究人員認為，人馬座 A* 是一個被旋轉的氣體盤包圍的黑洞。引力加速了氣體原子中的原子核和電子，導致它們輻射出不同種類的光。大部分光會散射到我們和銀河系核心之間的星際塵埃中，但無線電波和 X 射線可以穿透塵埃的遮罩到達地球。

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只有無線電波才能穿透我們稠密的大氣層，因此直到兩年前美國宇航局最先進的錢德拉 X 射線天文臺發射後，科學家們才能夠觀察到來自人馬座 A* 的 X 射線。起初，人馬座 A* 看起來比預期的要暗得多，天體物理學家得出的結論是，黑洞周圍的物質一定比他們之前認為的要少。他們修改後的計算預測，當大塊物質落入黑洞時，會定期從黑洞爆發大耀斑。但是，直到去年錢德拉觀測到來自銀河系中心的 X 射線爆發之前，沒有人看到過這樣的耀斑。該耀斑的亮度是太陽的 50 倍，持續了大約三個小時。當它結束時，研究人員確信他們已經見證了來自銀河系黑洞的壯觀事件。

此後，研究人員利用有關耀斑的資訊，對黑洞的大小和周圍的物質施加了新的限制。在三小時事件的 10 分鐘內，耀斑短暫地變暗。天文學家只需要那一點閃爍就可以確定耀斑的大小。由於耀斑的不同區域只能以光速相互反應，因此如果整個耀斑在 10 分鐘內變暗，則耀斑的寬度不能超過 10 光分。

十分鐘光對應於 1 億英里的距離，大約是從地球到太陽的距離，因此研究人員確定耀斑的大小不大於地球的軌道。這使得它比預測的黑洞大小大約大 20 倍，但研究人員認為它可能更小。賓夕法尼亞州立大學的戈登·加米爾解釋說，在黑洞表面附近，時間會減慢至停止，他是發現耀斑的團隊的成員。因此，研究人員用來確定耀斑大小的 10 分鐘表觀間隔實際上可能更短。無論精確時間如何，產生耀斑的氣體都比以往觀測到的任何其他物體都更接近黑洞表面。

在此發現之前，研究人員無法排除銀河系中心 270 萬太陽質量引力場的其他解釋。例如，一簇死亡的中子星或大量的微中子球可以導致銀河系核心的引力。但是耀斑的小區域使這些理論和其他理論都告一段落，只剩下了黑洞的可能性。“目前，我們沒有其他物理解釋，”麻省理工學院的研究小組負責人弗雷德里克·巴加諾夫說。

儘管耀斑提供了有關銀河系黑洞的關鍵資訊，但科學家仍然不確定是什麼原因導致了它。一種可能性是，認為存在於黑洞表面周圍的巨大磁場引發了耀斑。像我們太陽周圍的磁場一樣，這些黑洞的磁場會定期“重新連線”，這個過程可能會將物質從其表面附近拋射出去。另一種理論是，一個彗星大小的物體墜入黑洞引發了 X 射線風暴。如果真是這樣，巴加諾夫說，那將是“非常令人興奮的”。“就像那裡的物質在它墜落之前給我們寄了一張明信片一樣，”他說。

在不久的將來，天文學家希望觀察到第二個耀斑——這次同時讓錢德拉和射電望遠鏡都在觀測。結合無線電波和 X 射線資訊可以幫助他們更精確地確定耀斑的位置，並將進一步證實黑洞理論。但最終，天文學家只有在實際看到黑洞的表面或事件視界後才能證明銀河系中心潛伏著黑洞。“對我來說，這將是明確的證明，”巴加諾夫說。並且至少需要 10 年的時間，新一代天文臺才能做到這一點。