黑暗星空中最奇怪的天體

不偏之謂中！這種黑洞不太大也不太小，是一種「中型」的黑洞。
撰文╱馬瑟（George Musser）
翻譯／王道還

天文學是一門研究「極端」的科學──全是人類所知最大的、最遠的、最老的、最熱的、最冷的、最密的、最空的玩意。但是最近發現：最奇怪的天體居然不怎麼極端，它是中型黑洞。

教科書上說黑洞可分為兩大類：一種擁有恆星的質量，是一顆垂死恆星內爆（塌陷）後形成的，另一種擁有10億顆左右的恆星質量，沒人知道它們怎麼形成。不過，過去幾年天文學家已經發現的證據顯示：宇宙中還有一種黑洞，質量介於100~10000顆恆星之間。「它們也許是個橋樑，介於那些我們知道的恆星質量天體，與我們認為我們知道的超級質量黑洞之間。」英格蘭萊色斯大學的沃德說。

1980年代中，天文學家開始注意到地球軌道天文台拍攝的X光照片上有些神祕的光點。那些光點比已知的恆星質量黑洞亮，可是比活躍的超級質量黑洞黯淡。表面看來，它們的亮度表示質量大約在100個太陽左右。要是質量小一點，它的重力就抓不住光線向外發射的壓力；這些玩意，不管是什麼，就會炸開。據美國約翰霍普金斯大學的科爾伯特所言，今天天文學家知道的這種中等亮度X光天體（IXO），已不下200個。學者研究過的螺旋星系中，有一半至少有一個IXO。

2000年秋天，由美國卡內基麥隆大學的格里菲思、哈佛－史密森天體物理中心的卡烈特、麻省理工學院的松本浩典領軍的三個團隊，宣布了錢卓拉太空望遠鏡拍攝到的最亮IXO（位於M82星系）。要是有人認為較高的解析度會讓問題消失，最後會發現IXO其實只是一些普通天體緊密集合在一起，他們就錯了。雖然錢卓拉的確將一堆尋常的天體拍成一個光點，但是光點中至少有個東西算得上IXO。它明顯不在星系中心，因此不是休眠的超級黑洞（它會很快沉入中心）；而從無線電與紅外線照片看來，也不是超新星的孑遺（它會以多重波長發光）。

此外，卡烈特的團隊認為他們發現了那個IXO的X光強度有十分鐘的週期閃爍，因此推估它的大小大約不到十光分（一光分相當於1800萬公里，太陽直徑約140萬公里），可以當作它是中型黑洞的證據。美國國家航空暨太空總署（NASA）特別召開了記者會，宣布IXO之謎已經解開。兩週後，閃爍現象證實是儀器的「人工」，而不是「天工」。NASA並沒有為此召開第二次記者會。

其他團隊也拍攝各種IXO的X光光譜，抓到IXO會擺盪在亮而冷與暗而熱這兩個模式之間的證據。已知的黑洞都是這樣。不過，直到最近黑洞假說仍有疑問。黑洞愈大「胃納」愈寬，它周圍的質量圈應該在老遠以外，因此會比較冷；可是IXO實際上比恆星質量黑洞更熱。日本京都大學渡來兼也等人提出的解答是：物質落入黑洞的速率非常高，結果質量圈因而向內推進。只要用一個會起伏的掉落速率，就可以解釋三個IXO在亮度與溫度上的變化。

對理論家而言，中等質量不會產生黑洞。垂死的恆星也許會遺留一個相當於15個太陽質量的黑洞，不可能更大了；比較重的恆星不一定會遺留較重的黑洞，因為它們在燦爛的一生中，往往會拋棄大塊質量。另一方面，早期宇宙的氣態雲會塌陷成巨型黑洞，質量超過100萬個太陽。也許中型黑洞涉及恆星或恆星質量黑洞合併成一個星群的事件，在M82星系就有一些證據。或者，也許中型黑洞是宇宙第一代恆星塌陷的結果，那些恆星是在洪荒時期形成的，可說是巨人一族。但是這些解釋或者其他解釋，都無法讓人完全釋疑。「我很抱歉我們還搞不清楚狀況，」太空望遠鏡科學研究所的理論家馬瑞爾說，「這個領域裡典範還沒有形成，那正是有趣的地方。」

【本文轉載自 2002年1月號 〈不偏之謂中〉一文。】

來自 http://www.sciam.com.tw/news/ne...ocNo=14&CL=13