黑洞是一个现实世界无法理解的地方

黑洞模拟图

银河系中心天区大视场图（中间最亮处就是超大质量黑洞所在之处）

　　中美科学家找到最令人信服的证据——

　　黑洞是浩瀚苍穹中最神秘的天体，

　　黑洞是一个禁闭万物的天体，那里是一个现实世界无法理解的地方。

　　黑洞的提出可追溯到牛顿时代，当时拉普拉斯等人根据牛顿理论提出了黑洞的假设。30多年前，美国物理学家慧勒将“黑洞”这个名词正式提出，并对其进行精确定义。黑洞是根据广义相对论预言存在的天体，它凭着自身的引力把包括光在内的空间中的一切禁闭起来。任何物体一旦靠近它，都将被吞噬进去，立即消失得无影无踪，在其强大的引力作用下，连时空也会发生偏离和扭曲。

　　从外部看来，黑洞是一个有着巨大质量的天体，被一个并无实体的球壳所环绕，其间皆虚空。那里是一个现实世界无法理解的地方，一切现有物理规律，无论是牛顿力学、相对论甚至那本身已经足够怪异的量子论对它都不适用。

　　此外，黑洞还是一个巨大的引力空间，根据爱因斯坦的广义相对论，恒星演化到末期，假如质量足够大，它向内的万有引力压倒了向外的斥力，在理论上就能产生黑洞。尽管爱因斯坦自己都否认这种奇怪天体的存在，但上世纪60年代中期发现的脉冲星说明，恒星确实会发生坍缩，最终可能将以中子星或黑洞作为其生命的结束。科学家们估计，在含有1000亿颗明亮恒星的银河系中，恒星质量的黑洞数量应该达到1亿个，而宇宙中其他星系也应该含有同样多的黑洞。

　　证明黑洞的真实存在是现代天体物理学最具挑战性的课题之一。

　　根据黑洞理论，黑洞是由大质量的恒星坍缩形成的，原来构成恒星的物质集中于一点，其密度趋向无限大，以至于光都无法逃脱其引力。黑洞这种吸光特性使其看来是真正全黑的，天文学家只能根据黑洞能够剧烈地吞噬附近的天体这一性质来确定它的存在，这使得如何从观测上证明黑洞的真实存在成为现代天体物理学中最具挑战性的课题之一。

　　后来科学家逐渐发现，黑洞并非只吞噬物质，也会向外释放一些曾被它吸入物质的信息。有些气体在被黑洞强大引力吸入时，会由于压力逐渐增大而发热，这时候它们会向外部辐射一些电磁信号。于是，天文学家们就根据这些信号来判断黑洞所处位置及其构造轮廓。近几年，新型空间天文卫星和地面大型天文仪器已经发现了一些具备良好观测条件的黑洞候选者，包括超大质量黑洞的人马座A*，椭圆星系M87中心和恒星级黑洞天鹅座X-1等。其中，1974年2月发现于银河系中心的人马座A*，因其距离最近而被公认为研究黑洞物理的最佳目标。

　　中国和美国天文学家强强联合进行全球同步观测。

　　黑洞因其噬光特性而对天文观测提出非常高的要求。目前，适合观测黑洞的是一种先进的射电望远镜，它能“看到”光学望远镜无法看到的电磁辐射，从而可进行远距离和异常天体的观测。中国上海天文台有一台先进的25米射电望远镜，可以接收到黑洞释放出的部分微弱信号，不过，这对于黑洞研究还是远远不够的，如果要达到足够清晰的分辨率，需要把望远镜的天线做成长达数百公里的“巨型天线”，然而，这显然是不现实的。

　　从1997年开始，上海天文台沈志强研究员与美国国家射电天文台台长鲁国镛、美国加州理工学院的梁茂昌、美国哈佛史密松天体物理中心的贺曾朴和赵军辉等科学家，利用甚长底线干涉量（VLBI）技术，以位于北半球10个射电望远镜组成的联合观测阵列进行观测，每当展开测量时，这10个射电望远镜同时指向天空同一点，在同一频率上把同一电波源的电磁波，按严格约定的格式形成数据流并记录在磁带上。观测完成后，这些磁带被汇集进行数据处理。该方法使得不同望远镜接收到的电磁波可以叠加成像，从而使观测的精确度有了质的飞跃。

　　世界上第一张3.5毫米波长的高分辨率图像成为黑洞存在的最佳证明。

　　人马座A*所在的银河系中心距太阳系约2.6万光年(1光年等于光在一年时间内穿越的空间距离,相当于10万亿公里)，其发出的射电波信号虽然能穿透遮挡着可见光的尘埃，却要受到星际等离子体介质的散射影响，使得观测者得到一个比实际体积要大的人马座A*。在几年中，观测小组展开大量观测，并用新方法不断提高观测精度，使得无线电波的“视线”一步步接近该黑洞。后来，观测小组最终获得了世界上第一张3.5毫米波长的高分辨率图像。天文学界对这个图像给予了很高的评价，认为这是目前天文学中可提供的最高空间分辨率，也是人类第一次看到距离黑洞中心如此近的区域。

　　据沈志强研究员介绍，其实很早以前，理论物理学家就曾推测人马座A*为黑洞。过去30年间的观测数据分析表明，人马座A*处在周围恒星椭圆运动轨道的焦点上，据此可以计算出，人马座A*的质量约与40万个太阳相当。

　　这个“超级黑洞”不仅质量极大、体积极小，且密度大得惊人。

　　根据天文学家卡尔·史瓦西提供的公式，如果知道了一个天体的质量，就可以算出它体积小于多少时就会变成黑洞。例如，当地球缩成一个半径小于9毫米的小球时，就可变成黑洞。这个9毫米被称为地球的“史瓦西半径”。同理可以推算出，40万个太阳质量的人马座A*的史瓦西半径大约是1179万公里，差不多是1/13个天文单位（1个天文单位等于地球到太阳的距离）。 (责任编辑：泉水)