+ 劉進軍

內(nèi)蟹星云:中央部分顯示脈沖星風星云,中心的紅星是蟹狀脈沖星。(“哈勃”、“錢德拉”太空望遠鏡拍攝)
編者按:
6月27日,NASA宣布“詹姆斯·韋伯”太空望遠鏡發(fā)射日期將推遲至2021年3月30日,這比NASA3個月前宣布的2020年5月發(fā)射晚了近一年。而該望遠鏡最初計劃的發(fā)射時間是2014年。獨立評審委員會主席托馬斯·揚說:“沒有理由重新考慮這項任務(wù)到底還要不要發(fā)射。由于其科學上的說服力,并鑒于其對國家的重要意義,‘韋伯’太空望遠鏡任務(wù)應(yīng)該繼續(xù)。”
“韋伯”承載了無數(shù)天文學家發(fā)現(xiàn)宇宙新奧秘的殷切期盼,除了韋伯之外,在美國及歐洲的太空計劃中,還有很多已發(fā)射或即將發(fā)射、但都將在未來發(fā)揮重大作用的太空望遠鏡,它們的科研意義和工作原理如何?本文將進行詳實的介紹。
浩淼的宇宙,深邃的時空。當我們仰望神秘的太空,追憶過去、思考現(xiàn)在、展望將來時,不禁要問:
宇宙是怎樣誕生的?宇宙到底有多大?宇宙多大年齡了?宇宙大爆炸是真的嗎?宇宙存在黑洞、暗物質(zhì)、暗能量和引力波嗎?星星是怎么來的?太空文明在哪兒呢?遙遠星球上有沒有外星人?太空探測會不會引“狼”入室?我們?nèi)祟悂碜阅膬海康厍蛉耸枪陋毜膯幔俊ぁぁぁぁぁ?/p>
而太空望遠鏡(又稱天文太空觀測站)便是幫助我們觀察、了解宇宙的一項最重要的工具。按主要工作頻率范圍,太空望遠鏡分為伽瑪射線、X射線、紫外線、可見光、紅外線、微波和無線電等類型。
最近3年內(nèi),各國新一代太空望遠鏡正整裝待發(fā),準備開辟新視野。現(xiàn)在,讓我們穿越時空、歷史、地理、文化和想象,以崇敬的心情拉開宇宙的神秘面紗,尋找宇宙拼圖!
“苔絲”(TESS)凌日系外行星勘測衛(wèi)星是一顆太空望遠鏡,為美國宇航局“探險者”計劃之一。它的目標是尋找凌日系外行星。
“苔絲”太空望遠鏡的星體為六角形,前方一個喇叭狀攝像罩。發(fā)射重量350千克,尺寸為3.7米×1.2米×1.5米,電力400瓦特。“苔絲”是專門為了執(zhí)行首次星載全時空過境系外行星調(diào)查儀器而設(shè)計。它配備4臺廣角望遠鏡,每臺攝像機都具有低噪音、低功耗、16.8百萬像素的CCD探測器。每架攝像機有一個24°×24°的視野,一個100毫米有效瞳孔直徑,1個鏡頭與7個光學元件,帶通范圍600毫微米(nm)。
“苔絲”的軌道動力學比較罕見。為了獲得北半球和南半球天空中的流暢圖像,“苔絲”將利用2∶1月球共振軌道。這是一個以前從未使用過的軌道,它在這一高度橢圓軌道將保持穩(wěn)定數(shù)十年之久,并保持相機在一個穩(wěn)定的溫度范圍。“苔絲”的大部分軌道飛行都是在范艾倫輻射帶之外度過,以免對“苔絲”造成核輻射損害。每隔13.7天時間,“苔絲”將會運行至10.8萬千米的近地點上,在大約3個小時的時間內(nèi),把在軌道上收集到的數(shù)據(jù)向地球傳輸。
“苔絲”太空望遠鏡的科學目標是:觀測和測量聚焦于g、k和m型恒星附近的行星。它將對50萬顆近地行星進行深入研究,包括上千顆最近的紅矮星。它比“開普勒”太空望遠鏡橫跨天空區(qū)域大400倍。科學家預(yù)計“苔絲”將會發(fā)現(xiàn)超過3000顆系外行星,包括地球大小或更大的類地行星。屆時,人類也許能發(fā)現(xiàn)一些位于恒星周圍的宜居地帶的超級地球。
此前,地面天文望遠鏡的巡天主要探測到巨型行星。相比之下,“苔絲”會研究在天空中最明亮的恒星周圍的許多小行星。“苔絲”將記錄最近和最明亮的主序星。這些恒星是過境系外行星。這是最有利的目標,必須詳細調(diào)查。
“苔絲”將宇宙分成26個觀測區(qū)域。每個區(qū)域為24°×96°。它將花費2天的軌道觀測每個區(qū)域。“苔絲”在第1年觀測地球南半球的區(qū)域,在第2年描繪北半球的天區(qū)。“苔絲”的每一臺攝像機都將拍攝一分鐘的曝光,聚焦于特定目標的恒星,作為其過境搜索的一部分,搜尋其他瞬態(tài)事件。

“苔絲”太空望遠鏡利用凌日測量過境系外行星
2018年4月18日,“苔絲”太空望遠鏡搭乘“獵鷹-9”號火箭,從卡納維拉爾角空軍基地發(fā)射升空。“苔絲”太空望遠鏡將開啟新一輪尋找地球兄弟的科學探索,為人類帶來新的好消息。
2010年,美國宇航局和歐洲太空局合力打造了一架功能更強大的太空望遠鏡,它的名字叫“詹姆斯·韋伯”。科學任務(wù)是:對太空進行空前探索,尋找最早形成的恒星和星系,研究宇宙的起源和演化。
“詹姆斯·韋伯”太空望遠鏡(JWST)重約6.5噸,直徑達20.1米,寬7.21米,功率2千瓦。望遠鏡直徑6.5米,焦距131.4米,收集區(qū)25平方米。主鏡片由輕質(zhì)鈹材料制成,18片六角形快門薄片組成鏡片,每片1.3米寬,總聚光面積約25米,7倍于“哈勃”太空望遠鏡的聚光能力。“韋伯”太空望遠鏡沒有鏡筒,主鏡片也不是傳統(tǒng)的光學鏡片,而是射電望遠鏡的天線。
“詹姆斯·韋伯”的多層遮陽板是一種鍍鋁高分子薄膜,用于遮擋太陽和地球等干擾的熱量和光源。它的長度達22米,分列兩邊共10片,面積有一個網(wǎng)球場大小。這么大的遮陽板怎么才能送上太空呢?要知道,火箭的整流罩最多只能裝下5米以內(nèi)的有效載荷。
位于馬里蘭州的美國宇航局戈達德太空中心的科研人員,玩了一把高科技的太空“折紙”游戲。“詹姆斯·韋伯”發(fā)射前,遮陽板折疊在一起;到達太空后,遮陽板打開。這時的“詹姆斯·韋伯”,好像一只蝴蝶在深空飛舞。
“韋伯”太空望遠鏡裝載了近紅外相機、近紅外光譜儀、中紅外儀器、近紅外成像儀、無縫攝譜儀、精細制導傳感器等。它將透視130億年的整個宇宙,尋找早期恒星的蹤跡,捕捉恒星發(fā)出的正朝紅外線過渡的強烈紫外線。科學家希望“韋伯”太空望遠鏡具有足夠的靈敏度,探測到第一代恒星,能把目光深入到更遙遠的過去——宇宙黑暗時代。

“韋伯”太空望遠鏡

“韋伯”太空望遠鏡和多層遮陽板

“韋伯”太空望遠鏡背面
“韋伯”太空望遠鏡將提供前所未有的分辨率和靈敏度,從可見光、近紅外到中紅外。能夠探測到行星大氣層中的水、氧氣、臭氧和相當多的其他元素。此外,“韋伯”能夠分析行星的溫度和表面壓力。
“韋伯”太空望遠鏡由位于阿拉巴馬州亨茨維爾的美國宇航局馬歇爾航天中心研制。2006年,“韋伯”太空望遠鏡完成了X射線與鈹鏡低溫試驗。

“韋伯”太空望遠鏡的底部

“韋伯”太空望遠鏡的底部,面向太陽的一面

“韋伯”太空望遠鏡的有效載荷
望遠鏡的鏡片必須保持冷度,這樣才能對溫暖的物體發(fā)出的紅外光和熱十分敏感。如果“韋伯”太空望遠鏡的反射鏡溫度過高,從遙遠星系的微弱紅外光可能會丟失在鏡片本身發(fā)射的紅外光中。因此,“詹姆斯·韋伯”太空望遠鏡的反射鏡需要通過深冷低溫狀態(tài)或-379華氏度左右測試。

美國宇航局馬歇爾太空中心測試“韋伯”的鏡片
在測試過程中,鏡片浸泡到-415華氏度的極端溫度下,進行冷卻鏡片改變形狀的實驗,以確保鏡子在太空環(huán)境能夠保持正常形狀。
科學家一旦發(fā)現(xiàn)有誤差,將再次打磨,漸漸磨薄涂層。在低溫中測試表面溫度的變化,可以保證每一面鏡片在溫度范圍內(nèi)的空間形狀極為精準。這有助于預(yù)測和更精確地獲取紅外圖像。
“韋伯”的成就將超越“哈勃”太空望遠鏡和“斯皮策”太空望遠鏡。“哈勃”的鏡筒只有2.4米直徑,而“韋伯”有6.5米直徑的大型和分段型的主鏡。“韋伯”發(fā)射后將位于地球-太陽之間的L2拉格朗日點附近,在這兒,距離地球高度150萬千米,地球、太陽的引力與離心力平衡,使“韋伯”消耗盡可能少的燃料,保證可長期飛行。
根據(jù)天體力學和太空動力學原理,法國數(shù)學家約瑟夫·路易斯·拉格朗日在天體運行軌道附近三分之一處,發(fā)現(xiàn)和計算出了5個特殊的引力平衡點。每個點與兩個天體都形成一個等邊三角形。后來,這些天體引力平衡點被命名為“拉格朗日點”,分別稱為:L1、L2、L3、L4和L5拉格朗日點。

日地系統(tǒng)的5個拉格朗日點示意圖(不按比例)
拉格朗日認為:任何雙星系統(tǒng)都有5個拉格朗日點,如地日系統(tǒng)、地月系統(tǒng)等。在這些點上,兩個天體之間的萬有引力與離心力剛好一樣大。小天體在這個點上相對靜止,飛行很穩(wěn)定很省力,所以“拉格朗日點”又稱為天平點、平動點。“拉格朗日點”是太空探測器、太空望遠鏡定位和觀測太陽系的理想位置。在航天工程和太空科學上,“拉格朗日點”具有重要的實際應(yīng)用和科學探索價值,也是國際深空探測的熱點。
“外行星衛(wèi)星探測”號(CHEOPS)是一架歐洲太空望遠鏡,用于研究太陽系的形成。它發(fā)射質(zhì)量300千克,有效載荷質(zhì)量58千克,尺寸1.5×1.5×1.5米,電力64瓦特,設(shè)計壽命3.5年,是歐空局“宇宙遠景2015~2025”計劃中的第一個小型太空望遠鏡。
“外行星衛(wèi)星探測”裝載了一個32厘米口徑的里奇-克雷蒂安光學望遠鏡,安裝在一個標準小衛(wèi)星平臺。光學望遠鏡焦距F/8,波長330~1100毫微米。它的科學任務(wù)是檢查已知的過境外行星軌道和附近的衛(wèi)星。
“外行星衛(wèi)星探測”的主要目標是精確測量地面光譜測量已經(jīng)提供大量估計的外行星的半徑。如果知道行星的質(zhì)量和大小,科學家就可以確定它們的密度,從而決定它們的近似組成。例如,它們是氣態(tài)的,還是巖石的。“外行星衛(wèi)星探測”將是最有效的太空望遠鏡,尋找已知的過境外行星,準確確定半徑,從超地球行星到地球半徑六分之一的海王星質(zhì)量范圍的行星。
“外行星衛(wèi)星探測”將由太陽能電池板供電。這也是太空望遠鏡遮陽的一部分。它們將為有效載荷操作提供60W電力,并允許至少1.2兆字節(jié)/天的數(shù)據(jù)下行容量。
“外行星衛(wèi)星探測”號太空望遠鏡預(yù)計將在2018年底之前,在法屬圭亞那航天中心搭乘“聯(lián)盟”號火箭發(fā)射升空。它將運行在近地點700千米,遠地點700千米的太陽同步軌道上。

“外行星衛(wèi)星探測”號太空望遠鏡
“歐幾里德”太空望遠鏡是歐空局和歐洲各國組成的“歐幾里德”集團正在開發(fā)的近紅外太空望遠鏡。它的任務(wù)目的是通過精確測量宇宙的加速度,更好地理解暗能量和暗物質(zhì)。暗能量被普遍接受為增加膨脹的宇宙加速。因此,理解這種關(guān)系將有助于改進物理學家和天體物理學家如何理解它。
這架太空望遠鏡以古希臘數(shù)學家亞歷山大·歐幾里德的名字命名。“歐幾里德”的使命是推進和補充歐空局的“普朗克”太空望遠鏡的科學探索。它是歐空局“宇宙遠景2015~2025”科學計劃的一部分。

“歐幾里德”太空望遠鏡

“歐幾里德”測量星系紅移

“歐幾里德”太空望遠鏡探測暗能量
歐空局選擇了意大利的泰雷茲阿萊尼亞空間建造“歐幾里德”號太空望遠鏡。它長度4.5米,直徑為3.1米,質(zhì)量為2.16噸,有效載荷質(zhì)量0.855噸。“歐幾里德”的有效載荷由空客防御與太空公司管理。它包括一個“柯爾施”望遠鏡,主鏡直徑1.2米,面積0.5平方度。平方度(deg2)是一種實體角度量單位,包括平方米和度。就像用度測量一個圓的部分一樣,平方度用來測量球體的各個部分。
2015年,“歐幾里德”號太空望遠鏡通過了初步設(shè)計審查,完成了大量的技術(shù)設(shè)計,以及構(gòu)建和測試的關(guān)鍵組件。
“歐幾里德”號的發(fā)射日期計劃在2020年。它將從法屬圭亞那航天中心搭乘“聯(lián)盟”火箭發(fā)射升空。在30天的旅行時間后,它將穩(wěn)定地行駛在太陽-地球“拉格朗日-L2”點周圍,大約100萬千米的利薩茹路徑。
“歐幾里德”號的使命將持續(xù)至少6年。它將觀察大約1.5萬平方度,或大約3個河外星系。這項調(diào)查將輔以額外的觀察,大約10倍深度指向2個不同的區(qū)域,位于接近黃道兩極和覆蓋20平方度。這2個區(qū)域?qū)⒃凇皻W幾里德”號整個期間定期訪問。它們將被用作校準領(lǐng)域,監(jiān)視望遠鏡和儀器的性能穩(wěn)定性,并產(chǎn)生科學數(shù)據(jù),觀察宇宙中最遙遠的星系和類星體。
為了測量每個星系的光度紅移的精度,“歐幾里德”號的任務(wù)取決于在至少4種可見過濾器中獲得的額外光度數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)將從位于北半球和南半球的地面望遠鏡獲得,以涵蓋“歐幾里德”號的全部1.5萬平方度。“歐幾里德”號觀測任務(wù)的每個星系都將獲得至少7種不同過濾器的光度信息,覆蓋整個460~2000nm范圍。
“歐幾里德”號觀測大約100億個天文天體,其中10億個天體將用重力剪切測量,精確度比今天使用地面望遠鏡提高50倍。
“歐幾里德”號擁有巨大的體積、多樣性和高精度的量度,需要在數(shù)據(jù)處理方面有很大的注意和努力。這是一個關(guān)鍵的任務(wù)。多樣性包括:空間和地面,可見和近紅外線,形態(tài)測量,光度和光譜學。
歐空局、各個國家機構(gòu)和歐幾里德集團正在花費大量資源,在算法開發(fā)、軟件開發(fā)、測試和驗證程序、數(shù)據(jù)歸檔和數(shù)據(jù)等方面,建立了頂級研究人員和工程師團隊。奧地利、比利時、丹麥、芬蘭、法國、德國、意大利、荷蘭、挪威、葡萄牙等100個實驗室,羅馬尼亞、西班牙、瑞士、英國、加拿大和美國的1200人組成的科學家團隊將對這一龐大的數(shù)據(jù)進行科學開發(fā)。
由于廣闊的天空覆蓋、億萬恒星和星系的編目, “歐幾里德”號收集的數(shù)據(jù)的科學價值超出了宇宙學的范圍。這個數(shù)據(jù)庫將為世界天文學提供豐富的來源和目標,為未來的任務(wù)提供技術(shù)和經(jīng)驗。

“歐幾里德”號探測星系

“小探險家”太空望遠鏡
早在1989年,美國宇航局提出一個“小探險家”計劃。它是一項小型太空探索航天器計劃,每個航天器費用不超過1.2億美元。從1989年開始至今,“小探險家”計劃已經(jīng)研制、發(fā)射了14個航天器。
2017年1月3日,美國宇航局宣布∶“小探險家”計劃開發(fā)了一架X射線太空望遠鏡,命名為“探險家”成像X射線極化太空望遠鏡,預(yù)定在2021年發(fā)射。“小探險家”成像X射線極化太空望遠鏡(IXPE)是一顆X射線天文衛(wèi)星,又名“小探險家-14”。
“小探險家”太空望遠鏡,采用“BCP-100”衛(wèi)星平臺,發(fā)射質(zhì)量292千克,太空望遠鏡焦距4米,波長X射線,轉(zhuǎn)發(fā)器S頻段,設(shè)計壽命2年,費用估計為1.88億美元。
“小探險家”太空望遠鏡是一個國際合作項目。2017年6月,各國為“小探險家”號簽署了一項國際合作。意大利太空代辦處提供X射線極化探測器。美國宇航局馬歇爾太空飛行中心的科學家布勞恩·拉姆齊帶領(lǐng)研究人員,努力研制X射線望遠鏡。其他合作伙伴包括:科羅拉多大學博爾德分校、斯坦福大學、加拿大麥吉爾大學和麻省理工學院。
“小探險家”號是未來的太空天文臺,配備3臺相同的望遠鏡設(shè)計,以測量宇宙X射線的偏振度。它的使命在于研究異乎尋常的天文對象和允許映射黑洞、中子星、脈沖星、超新星殘余、磁星、類星體和星系核活躍的磁場。
“小探險家”號太空望遠鏡裝載了兩大有效載荷:成像X射線極化系統(tǒng)、氣體像素探測器。
成像X射線極化系統(tǒng):一套3臺相同的成像X射線極化系統(tǒng),安裝在一個共同的光學工作臺上,并與航天器的指針軸協(xié)調(diào)。每個系統(tǒng)獨立地運作,并且包括一個4米焦距太空望遠鏡,聚焦X射線到意大利開發(fā)的極化敏感成像探測器。焦距通過調(diào)節(jié)獲得。

“小探險家”號穿越危險和神秘
氣體像素探測器:利用極化光子產(chǎn)生的光電子發(fā)射方向的各向異性,對X射線在氣態(tài)介質(zhì)中相互作用的偏振態(tài),進行高靈敏度測量。此類同步輻射發(fā)射源的位置和能量依賴性偏振圖,將闡明X射線發(fā)射區(qū)域的磁場結(jié)構(gòu)。X射線極化成像較好地表明了強電子加速度區(qū)域的磁結(jié)構(gòu)。氣體像素探測器能夠從周圍的星云發(fā)射或相鄰點源中解析點源。
“小探險家”太空望遠鏡將于2021年由美國軌道科學公司發(fā)射,預(yù)計運行在近地點540千米、遠地點540千米、軌道傾角0°的軌道上,任務(wù)期2年。
“柏拉圖”太空望遠鏡(PLATO)全名為“過境行星與振蕩恒星”太空天文臺。
2007年,科學家對歐空局“宇宙遠景2015~2025”計劃的呼吁作出回應(yīng),首次提議建造“柏拉圖”太空望遠鏡。2009年,歐空局完成了評估,并在2010年5月進入了定義階段。
2015年1月,歐空局選擇泰雷茲阿萊尼亞太空公司、空客太空系統(tǒng)公司和位于德國不來梅的OHB系統(tǒng)股份公司,同時研發(fā)“柏拉圖”太空望遠鏡的系統(tǒng)和子系統(tǒng),并在2016年完成。2017年6月20日,歐空局在科學方案中選中了OHB系統(tǒng)股份公司研發(fā)的“柏拉圖”太空望遠鏡。這意味著“柏拉圖”可以從藍圖轉(zhuǎn)變?yōu)樘罩械膶嵨锪恕?/p>
“柏拉圖”的主望遠鏡采用多折射望遠鏡,收集區(qū)域2250平方度,可見光譜波長500~1000nm。“柏拉圖”的有效載荷是基于多望遠鏡的方法,包括24臺望遠鏡相機,讀出節(jié)奏為25秒,加上2個快速攝像頭,工作節(jié)奏為2.5秒。照相機根據(jù)一個完全地屈光度望遠鏡,包括6個透鏡;每臺相機擁有1100平方度視場,透鏡直徑為120毫米。每臺相機都配備了CCD焦平面陣列,包括4架CCD相機,4510×4510像素。
“柏拉圖”的24臺相機的視線偏移為9.2°角度。這種特殊的配置允許測量每臺相機獲得2250平方度的總視場。“柏拉圖”將每3個月環(huán)繞90°的平均視線旋轉(zhuǎn),以便對同一地區(qū)的天空進行連續(xù)調(diào)查。
“柏拉圖”的目標是找到像地球這樣的行星,不僅研究它們的大小,而且還要研究可居住性的潛力。“柏拉圖”將搜尋30~100萬顆行星和行星軌道,確認行星誕生、形成和運行。為實現(xiàn)這一目標,“柏拉圖”確定了以下目標∶
1、發(fā)現(xiàn)和描述大量接近的外行星系統(tǒng),精確測量行星半徑、年齡和質(zhì)量;
2、太陽型恒星周圍宜居區(qū)地球大小行星和超大行星的檢測與表征;
3、發(fā)現(xiàn)和描述大量的外行星系統(tǒng),研究它們的典型體系結(jié)構(gòu),以及它們對其宿主星和環(huán)境的屬性和依賴性;
4、測量恒星的振蕩,以研究恒星的內(nèi)部結(jié)構(gòu),以及年齡的演變;
5、確定光譜測量的良好靶點,以研究外行星大氣。
歐空局預(yù)計:“柏拉圖”太空望遠鏡將在2026年從法屬圭亞那航天中心發(fā)射升空。它將運行在地球-太陽的“拉格朗日-L2”點上。
“雅典娜”高級太空望遠鏡(ATHENA)是一架高能天體物理學太空望遠鏡。它是歐空局未來的X射線望遠鏡,大約發(fā)射時間為2028年。

“柏拉圖”太空望遠鏡
2000年代初,歐美開始了2個任務(wù)概念的太空望遠鏡:歐空局的“X射線演變宇宙光譜”太空望遠鏡,美國宇航局的“星座-X射線”太空望遠鏡。2008年,這2項建議合并為美國宇航局、歐空局和日本宇宙航空研究開發(fā)機構(gòu)的“國際”X射線太空望遠鏡的聯(lián)合計劃。
2011年,由于資金問題,主要是因為“韋伯”太空望遠鏡的成本超支,美國宇航局退出“國際”X射線太空望遠鏡。歐空局決定研制成本較低的X射線望遠鏡,即“雅典娜”太空望遠鏡。2012年,“雅典娜”希望入選了第一個L級“宇宙遠景”計劃,但卻輸給了“木星冰衛(wèi)星”太空探測器。2014年,在進行了一些修改以后,“雅典娜”被選為第2個L級“宇宙遠景”計劃使命。
2014年6月27日,歐空局最后決定:重新啟動“國際”X射線太空望遠鏡。2014年7月16日,“雅典娜”高級太空望遠鏡研制小組成立。2014年8月,硅孔光學望遠鏡進行最初的振動測試。歐空局的科學方案委員會將于2019年舉行會議,以便在同年開工前對項目進行全面審查和最后核準。
“雅典娜”的發(fā)射質(zhì)量5525千克,凈質(zhì)量5038千克,電力5.556千瓦,設(shè)計壽命5年。“雅典娜”裝載了一架X射線望遠鏡,焦距12米;X射線積分場單元;廣域成像儀。它的主要科學目標是繪制熱氣體結(jié)構(gòu),確定物理性質(zhì),并尋找特大質(zhì)量黑洞。
“雅典娜”將比現(xiàn)有最好的X射線望遠鏡——“錢德拉”X射線太空望遠鏡和“牛頓”X射線太空望遠鏡敏感100倍。

“雅典娜”太空望遠鏡

歐空局“宇宙遠景”計劃概念圖

“雅典娜”太空望遠鏡透視特大黑洞