最黑暗與最明亮的

文/苗千

最黑暗與最明亮的

文/苗千

無論是黑洞還是超新星都是天文學家熱衷探測的對象，就在最近，對于這兩種截然不同的天體的探測，人們都有了意想不到的收獲。

天文學家們執著地尋找宇宙中各種新奇的天體，就像是小孩子們熱愛收集各種各樣新奇的玩具，每一個發現都能夠讓他們感到興奮不已。在宇宙中最為黑暗的天體當屬黑洞，它們憑借引力作用可以吸收周圍的一切物質，甚至包括光，因此顯得尤為漆黑恐怖。而另一方面，超新星可以算得上是宇宙中最為明亮的一種天體，這種由死亡的恒星塌縮而成的天體一旦發生爆炸，過程短暫而燦爛，一顆超新星爆發的光芒甚至可以在瞬間蓋過整個星系。

天文學家們按照質量大致把黑洞分為三類，一種是恒星質量的黑洞，它們由死亡的大恒星塌縮而成，而后逐漸吸收周圍的物質，質量大約是太陽質量的幾十倍；還有一種超大型黑洞，這種黑洞的質量通常在百萬個太陽質量以上，它們大多居住在星系的中心，成為維系整個星系結構的關鍵，例如銀河系中心的Sagittarius A*黑洞質量就相當于400萬個太陽質量；但是在這兩者之間，還有一種此前僅存在于理論上的黑洞——中等質量黑洞，沒有被天文學家發現，以至于這種類型的黑洞是否真正存在都成了一個被熱烈討論的話題。

黑洞因為吸收其周圍一切物質和光線的特性，無法被直接觀察到，天文學家們通常只能通過觀察其周圍受到它的引力作用影響的天體、氣體和灰塵的運動軌跡來發現黑洞存在的跡象。想要尋找中等質量的黑洞，天文學家把注意力集中在尋找超亮X射線源上面。在理論上，如果一個中等質量的黑洞能夠與另外一個天體形成一個相互環繞運行的雙星系統，黑洞就會不斷地從它的伴星吸收物質，逐漸形成一個高亮度的吸積盤，這些物質會被逐漸加熱到極高的溫度，因而發射出高亮度的X射線。在理論上超亮X射線源發射出的X射線的強度在恒星級黑洞與超巨型黑洞之間，正是一個中等質量黑洞存在的標志。

在2014年，天文學家們正是通過尋找宇宙中的超亮X射線源，在距離地球1200萬光年之外的M82星系，發現了一個中等質量黑洞的痕跡。通過它的吸積盤的亮度和溫度判斷，這個大約有400個太陽質量的極其罕見的中等質量黑洞被命名為X-1。盡管種種跡象都表明X-1黑洞是一個中等質量黑洞，實際上天文學家們還并不了解在中等質量黑洞周圍的吸積盤的特點，這也有可能是一個具有極高溫度、發射出高亮度X射線的恒星級黑洞，天文學家們仍然等待著確定這個黑洞身份的最終證據。

中等質量黑洞或許少見，但可能并不遙遠。2015年12 月15日，日本慶應大學的一組天文學家在網上提交了論文《在銀河系中心區存在中等質量黑洞的證據》，講述他們在利用直徑45米的野邊山射電望遠鏡（Nobeyama Radio Telescope） 觀測銀河系中心的氣體時，在距離銀河系中心200光年的位置意外地發現了一個中等質量黑洞的過程。這組科學家在觀測過程中發現這些星際物質以不同尋常的不同速度進行運動，這說明在附近區域有一個致密的天體正在對它們進行加速。慶應大學的天文學家們于是利用X射線和紅外線對那個區域進行探測，但是都無法揭示出那個天體的身份，經過電腦模擬顯示，在那個區域存在著一個0.3光年寬、相當于10萬個太陽質量的致密天體，它對于任何頻率的電磁波均沒有反應，可以得出結論，那是一個極其少見的處于銀河系中心的中等質量黑洞。

天文學家們對于恒星級黑洞的形成過程比較熟悉，但是對于星系中央的超巨型黑洞，以及中等質量黑洞究竟如何形成，至今仍然缺少有效的理論和觀測數據。銀河系內部這個中等質量黑洞的出現，是天文學家們不可多得的研究材料。

而另一方面，在過去的半年里，天文學家們同樣在觀測著一場極為罕見的超新星爆發。近幾十年來，天文學家們發現了一種新型的超新星——高亮度超新星，這種極為明亮的天體也被俗稱為“Hypernovae”。

在2015年6月，全天自動化超新星探測系統通過智利的美洲天文臺觀測到了目前為止最明亮的超新星爆發，這迅速吸引了學者東蘇勃的注意，他注意到“ASASSN-15lh”超新星與其他超新星有所不同，氫含量較低。這顆相當于50個-100個太陽質量的恒星到了生命末期，在耗盡燃料之后塌縮為一顆直徑只有十幾公里的致密的、快速旋轉并且擁有極強磁場的中子星——“磁星”，為這次超乎尋常的超新星爆發提供了源源不斷的能量。

自從人類發現這場高亮度超新星爆發7個月以來，它的亮度在最高點時相當于太陽亮度的5700億倍，相當于普通超新星亮度的100倍，這種級別的爆發也要比普通超新星稀少1000倍。這個被命名為“ASASSN-15lh”的高亮度超新星爆發，把人類此前關于超新星爆發和燃料來源的理論都推到了極限。

2016年1月15日，北京大學的天文學家東蘇勃作為第一作者和通訊作者，與他的合作者們共同在《科學》雜志發表論文《ASASSN-15lh：一顆超高亮度超新星》，探討這場人類歷史上發現的最為明亮的超新星爆發事件。

黑洞與超新星，這些最明亮與最黑暗的天體，使人類不斷在宇宙中發現前所未見的極端景象。這些新發現必將引領人類發現更深刻的自然規律，但僅僅是這些遠超人類想像力的景象就已經足以讓人驚嘆。