來自黑洞的報(bào)告

　　黑洞就象一個即使光也無法逃脫的“黑暗洞穴”。這種天體在宇宙中并不罕見，許多星系中心似乎都存在有黑洞。此外，質(zhì)量巨大的星球在發(fā)生超新星爆炸之后也會形成黑洞。但是，因?yàn)橐钥梢娍吹�，所以也充滿了許多謎題。

　　在活潑的星系中心核里面可能存在著質(zhì)量為太陽1000萬至10億倍的巨大黑洞�；顫娦窍抵行暮藰O為狹小的區(qū)域內(nèi)活動相當(dāng)劇烈，不但能噴射流，而且也會放射出從伽瑪射線到電波的強(qiáng)力電磁波，而支撐這些活動的就是巨大的黑洞。

　　黑洞附近的氣體會形成一個朝旋轉(zhuǎn)軸的垂直面崩塌的圓盤，稱為“增積圓盤”。增積圓盤內(nèi)的氣體內(nèi)由于彼此之間的摩擦而失去旋轉(zhuǎn)速度，乃逐漸朝黑洞掉落，這時釋出的重力能（位能）就成了支撐星系中心核活動的能量來源之一。

　　NGC4258距離銀河系2100萬光年，是一個相當(dāng)靠近我們的活潑星系，其中心擁有一個巨大黑洞。由于NGC4258的水分子會放出輻射，科學(xué)家便利用這點(diǎn)，使用具有高解析度的超長基線電波干涉群測定其中心附近氣體的旋轉(zhuǎn)速度。輻射是非常強(qiáng)烈的且寬度非常狹窄的亮線，因此有利于觀測。根據(jù)輻射原來的波長和實(shí)際觀測到的的波長的差，正確求算出氣體的視線速度（天體的運(yùn)動速度中，觀測者與天體之連系方向的分量），得知輻射源水分子所在圓盤在中心天體的周圍進(jìn)行開普勒旋轉(zhuǎn)。我們從幾近正側(cè)面的方向觀看這個圓盤，測出旋轉(zhuǎn)速度的最小半徑大約3天文單位，推估其中存在著一個質(zhì)量為太陽3700萬倍的巨大黑洞。

　　但即使具有超長基線電波干涉群和哈勃太空望遠(yuǎn)鏡的解像力，想要解析黑洞本體或其增積圓盤都還差的得遠(yuǎn)。對NGC4258最多只能解析到重力半徑1萬倍的尺度，觀測到的圓盤也只是在增積圓盤外側(cè)形成的東西。相對地，若想獲得重力半徑數(shù)據(jù)倍程度的貼近中心區(qū)的訊息，X射線是非常有效的方法，這從日本的X射線天文衛(wèi)星“飛鳥號”的觀測資料可以得知。

　　“飛鳥號”觀測活潑星系MCG-6-30-15，發(fā)現(xiàn)了高溫電離的鐵所發(fā)出X射線的亮線光譜，這條亮線往長波長的方向拉伸。科學(xué)家認(rèn)為這是X射線在貼近黑洞之處放出，被增積圓盤的表面反射而被我們觀測到的結(jié)果。據(jù)推測，增積圓盤的盤面大致朝向我們的方向，X射線的反射是發(fā)生的重力半徑大約3至10倍左右的地方。換句話，“飛鳥號”偵測到了在相當(dāng)接近黑洞之處發(fā)生的現(xiàn)象。波長被拉長，主要是因?yàn)楹诙吹闹亓�場所造成的紅位移，這表示直接觀測到了相對論效應(yīng)。

　　在更進(jìn)一步的分析之后，科學(xué)家推測MGC-6-30-15的黑洞似乎正在高速旋轉(zhuǎn)中，速度直逼可容許的最大限度�？茖W(xué)家正期盼著憑借今后更詳細(xì)的觀測可以推估出黑洞的質(zhì)量。

　　從中心核噴出噴射流并放射出強(qiáng)力電磁的活潑星系有許多種類，有時總括各種形態(tài)統(tǒng)稱之國為活潑星系有許多種類，有時總括各種形態(tài)統(tǒng)稱之為活潑星系，有時則分為似星體及賽法特星系等等。過去我們一直試著把活潑星系做概括性的理解，并在這個過程中逐漸明了黑洞的演化。

　　黑洞是在高速旋轉(zhuǎn)的狀況下誕生，即使不是這樣，誕生之后由于具有角動量的物質(zhì)大量落下，在這種高質(zhì)量增積率之下也能把旋轉(zhuǎn)速度提高到幾近極限的狀態(tài)。巨大黑洞的生涯中，處于最高活潑狀態(tài)的就是電波活躍。但這個活潑狀態(tài)無法維持長久，不久之后就會因布朗福德·茲納杰克過程抽掉黑洞的旋轉(zhuǎn)能量，使得旋轉(zhuǎn)速度降低而失去活潑性。換言之，黑洞在演化的過程當(dāng)中會越來越趨衰弱。

　　活潑星系之中也有因?yàn)樘貏e活潑而被懷疑有巨大黑洞存在的，那就是似星體。似星體在遠(yuǎn)方（過去）的宇宙中分布眾多，但在近處（現(xiàn)在）的宇宙中則十分稀少。因此科學(xué)家也懷疑黑洞誕生之后，其活潑性會隨著時間的流逝而漸次減弱，進(jìn)而一步步走向死亡。位于我們近處（亦即誕生之后過了一段）的星系的中心核或許有黑洞的殘骸。

　　電波活潑是具有大規(guī)模電波噴射流活潑星系中心核的一種，在電波活躍中，從正上方俯視噴射流非常強(qiáng)，看起來好象在做超光速運(yùn)動。最快的看起來達(dá)到光速的10倍。但是，擴(kuò)展超過1千秒差距（1秒差距等于3.26光年）以上的部分并不是超光速運(yùn)動。

　　銀河系的中心有個稱為“人馬座A星”的強(qiáng)力電波源�，F(xiàn)在我們已經(jīng)根據(jù)銀河系中心周圍20萬天文單位范圍內(nèi)的氣體和星球的運(yùn)動，推定其中有一個質(zhì)量為太陽100萬左右的黑洞存在。

　　從觀測也得知其“質(zhì)量增積率”，亦即一年之內(nèi)有太陽幾倍的質(zhì)量掉入黑洞。但是，若根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)的增積圓盤模型，則中心區(qū)域應(yīng)該比實(shí)際觀測到的要明亮的得多。因此，黑洞有存在本身也受到質(zhì)疑。

　　不過，這個問題可以利用新的增積流模型予以圓滿解決。根據(jù)此模型，質(zhì)量增積率小于某個界限的時候，增積圓盤內(nèi)的電漿密度會變小，導(dǎo)致輻射的效率惡化。結(jié)果，圓盤會變熱而膨脹。在這樣的情況下，電漿流無法以輻射的形式放射出能量，而保留大部分能量掉入黑洞。這稱為“移送流主體的增積流”。此時流動已不再是圓盤狀，而成為從四面八方流入的球狀。

　　根據(jù)新模型求算的黑洞質(zhì)量為70萬倍太陽質(zhì)量，和以前推算的值十分吻合，更加確定了黑洞的存在。

　　理論上，黑洞可分為不具角動量的史瓦茲契爾德黑洞、具有角動量的卡爾黑洞、具有電荷的雷斯納黑洞，以及具有電荷和角動量的卡爾黑洞等等。但是，實(shí)際存在于宇宙空間的可能只有卡爾黑洞。

　　根據(jù)愛因斯坦的變換公式，卡爾黑洞擁有的能量為其全體質(zhì)量乘上光速的平方。這些能量可依其性質(zhì)分為兩種，其中一種是絕對不會減少的質(zhì)量，稱為“不減質(zhì)量”。全部質(zhì)量減去“不減質(zhì)量”的差稱為“可減質(zhì)量”，也就是黑洞的旋轉(zhuǎn)能量。一個旋轉(zhuǎn)達(dá)速度達(dá)到極限的黑洞，其所具有的旋轉(zhuǎn)能量相當(dāng)于其全部質(zhì)量的29%，這樣的黑洞即稱為“極限的卡爾黑洞”。

　　不過，極限的旋轉(zhuǎn)狀態(tài)非常特殊。一般而言，黑洞是把密度和重力都無限大的點(diǎn)——“奇異點(diǎn)”——藏在事象地平面以內(nèi)。在這種狀況下，由于物理學(xué)家并未直接看到，所以眼不見為凈。但是，如果旋轉(zhuǎn)速度達(dá)到極限狀態(tài)，奇異點(diǎn)便會浮到事象地平面，成為“裸露的奇異點(diǎn)”，這種狀況直是叫物理學(xué)家瞪目以對，無可閃躲。

　　質(zhì)量巨大的星球在演化的最后階段發(fā)生超新星爆炸，中子星變成黑洞。這些星球如果是雙星系的成員，爆炸時的沖擊會產(chǎn)生非對稱性現(xiàn)象（即非對稱性沖擊）。中子星雙星會因非對稱性沖擊而具有秒速400公里以上的巨大空間速度；但是，黑洞雙星的非對稱性沖擊則可能在事象地了平面內(nèi)側(cè)被吸收殆盡，所以無法獲得巨大的空間速度。不過，1994年發(fā)現(xiàn)的X射線新星GROJ155-40卻具有秒速150公里的空間速度。因?yàn)樵撾p星系的主星質(zhì)量為太陽的3.2倍以上，所以不是中子星而是黑洞。

　　關(guān)于高速黑洞雙星的誕生有不同說法，第一種說法是超新星爆炸后，首先誕生具有巨大空間速度的中子星，然后立刻發(fā)生第一次重力塌縮，物質(zhì)陷落再引發(fā)第二次重力塌縮，結(jié)果誕生黑洞。另一種說法是中子星誕生時的溫度極高，即使所具有質(zhì)量超過冷中子星的安定極限仍可能存在；但在冷卻之后，由于相變而引發(fā)二次性的重力塌縮面變成黑洞。

　　今后如發(fā)現(xiàn)更多GROJ155-40之類的高速黑洞星系，或許便可以證實(shí)它的起源確是經(jīng)過中子星變成黑洞。