黑洞的模樣

姜德杰

在天體物理學中，通常用觀測到的事物的特征來為其命名。如果看到一個紅而巨大的

東西，我們叫它“紅巨星”；如果是白而小的東西，我們叫它“白矮星”；如果是巨大的爆炸，我們叫它“大爆炸”；如果是黑且能吸入一切的東西，我們叫它“黑洞”。多數情況下，這樣將物體分類沒有什么問題——無論該物體是新發現的，還是我們已知的。但是，天文學家有時會過分咬文嚼字，因為一些新發現對事物的名字提出質疑，并進行評估和修改，就像冥王星那樣。你說類似“黑洞”這種命名清晰的事物不會出現以上狀況？你錯了。

盡管我們不能直接觀察黑洞，但我們可以看到兩種黑洞——恒星質量黑洞和超大質量黑洞——對其周圍事物的影響。恒星質量黑洞是人們較為熟悉的，是恒星在死亡過程中塌縮的產物。在大約一個世紀以前，愛因斯坦的廣義相對論就已預言了它的存在。恒星質量黑洞通常只影響離它最近的一兩個恒星的行為。而超大質量黑洞的質量至少是太陽質量的100萬倍，雖然我們不知道它們是怎么形成的，但它們幾乎存在于每個星系的中心，有時擁有改變其所在星系外貌的能量。這種能量使得描繪超大質量黑洞的特性尤為棘手。在一個星系中心區域，恒星、氣體和塵埃不斷靠近超大質量黑洞，越來越緊密地擠進一個越來越小的空間。這里的溫度會不斷升高，直到達到一個臨界值，把一切事物都撕裂，變成原子、粒子。當我們發現超大質量黑洞時，看到的并不是黑洞本身，而是軌道碎片（即吸積盤）放射出的熱。有些超大質量黑洞吸入的物質比其他黑洞多，同時也比其他黑洞釋放出明顯更多的光。這些活動星系核是宇宙中最強大、最有能量的存在。它們不僅能釋放熱，還能以準直噴流形式（垂直于吸積盤，從星系中心噴出）噴射出物質，其規模使得吸積盤乃至星系本身都相形見絀。另外，有的活動星系核還帶著塵埃環，形狀酷似甜甜圈，和吸積盤在同一平面上，但遠比吸積盤大且厚。實際上，這些塵埃環如此之厚，你如果從側面觀察，完全看不到吸積盤，更看不到中心的黑洞。

盡管有活動星系核標準模型（超大質量黑洞被吸積盤包圍，吸積盤有噴流向相反方向

噴射，吸積盤被塵埃環環繞），但是我們要對其進行細致觀察仍然是個挑戰。我們看到的光并非總是展示同樣的景象：我們時而能看到噴流，時而看不到；有時能看到塵埃環，有時看不到；有時我們看到的光極為集中和明亮，以至于都很難說那里是否有星系。所以，我們根據這些特征，給遙遠太空中星系的如活動星系核進行命名，如果其核心的光亮超過了可見光中的所有恒星，就將其稱為類星體；如果其星系核發射強紅外光，就將其稱為賽福特星系（因天文學家卡爾·賽福特于1 9 4 3年首次發現而得名）；有些星系的活動星系核與噴流發射出的光主導了射電頻譜的活動，就將其稱作射電星系。

如果它們都是由超大質量黑洞作用而成，為什么會形狀各異呢？其中一個原因可能是我們的觀察角度不同。活動星系核統一理論假定，所有活動星系核都具有同樣的基本構成模塊（吸積盤、噴流、塵埃環）。我們觀察到的活動星系核間的顯著差異是由它們在太空中的方位造成的。在宇宙尺度上，從地球觀測宇宙的角度只有一個。我們看到星系無序地分布于我們周圍，有的側向，有的正向，呈現出各種角度。但是隨著超級計算機的出現，現在我們可以比以前更好地模擬這些星系，隨意繞它們飛行，從各個角度欣賞它們的景象。我們可以取一個活動星系核，換一個視角以便從噴流直看下去，看到星系核心，使其像一個耀變體（類似燃燒中的類星體）；然后傾斜這個活動星系核直到其噴流與視角呈90度，這時活動的星系核就好像從耀變體變為類星體，最終變為賽福特星系。

然而，活動星系核仍然是天體物理學的一個懸而未決的問題，可能還有其他因素在起作用，比如我們沒有完全了解的黑洞周圍和黑洞內的物理過程，以及我們還沒有想到的測量方法。隨著望遠鏡的不斷升級和新信息的不斷積累，我們希望將來能看到這些活動星系核的真正樣子。否則，我們還會需要更多的名字。

最數字

30億年

美國《科學新聞》雙周刊網站2015年12月18日發表題為《固態“內內核”或許是地球早期遺留下來的》的報道，稱地球的最深處可能比我們以前認為的要老數十億年。最新的地球形成模擬實驗表明，地球內核的最深處在地球成形后不久便固化，而不是在約30億年后與內核其他部分同時固化。

14光年

科學家一直在搜尋人類可能居住的第二個“地球”，他們如今找到了一個新的候選者——Wolf1061c。這顆巖石行星的質量比地球的4倍還大，是迄今在太陽系外發現的宜居行星中離我們最近的一顆。它圍繞著旋轉的恒星離我們只有14光年。該研究的主要作者、新南威爾士大學的鄧肯·萊特博士說：“這是一個非常激動人心的發現，因為這顆行星的質量很小，滿足成為巖石行星、擁有固體地表的條件。”

35千米

中科院上海硅酸鹽所的科學家研制出一種高性能超級電容器電極材料——氮摻雜有序介孔石墨烯。該材料具有極佳的電化學儲能特性，可用作電動車的“超強電池”，充電只需7秒，即可續航35千米。相關研究成果已于2015年12月18日發表在世界頂級期刊《科學》雜志上。氮摻雜有序介孔石墨烯不僅能實現高能量密度、高功率密度，還可以通過使用水基電解液，做到無毒、環保、價格低廉、安全可靠。

14.5萬美元

你是否有過成為宇航員的夢想？美國航空航天局近日開通了宇航員申請網頁，有志成為宇航員的人可以在2016年2月18日之前提交申請材料。如果成功入選，這些未來的宇航員將有機會登上國際空間站和獵戶座飛船，幫助人類實現登陸火星的愿望。他們的年薪最高會達到14.5萬美元。