黑暗星空中最奇怪的天体

不偏之谓中！这种黑洞不太大也不太小，是一种「中型」的黑洞。
撰文╱马瑟（George Musser）
翻译／王道还

天文学是一门研究「极端」的科学──全是人类所知最大的、最远的、最老的、最热的、最冷的、最密的、最空的玩意。但是最近发现：最奇怪的天体居然不怎么极端，它是中型黑洞。

教科书上说黑洞可分为两大类：一种拥有恒星的质量，是一颗垂死恒星内爆（塌陷）后形成的，另一种拥有10亿颗左右的恒星质量，没人知道它们怎么形成。不过，过去几年天文学家已经发现的证据显示：宇宙中还有一种黑洞，质量介于100~10000颗恒星之间。「它们也许是个桥梁，介于那些我们知道的恒星质量天体，与我们认为我们知道的超级质量黑洞之间。」英格兰莱色斯大学的沃德说。

1980年代中，天文学家开始注意到地球轨道天文台拍摄的X光照片上有些神秘的光点。那些光点比已知的恒星质量黑洞亮，可是比活跃的超级质量黑洞黯淡。表面看来，它们的亮度表示质量大约在100个太阳左右。要是质量小一点，它的重力就抓不住光线向外发射的压力；这些玩意，不管是什么，就会炸开。据美国约翰霍普金斯大学的科尔伯特所言，今天天文学家知道的这种中等亮度X光天体（IXO），已不下200个。学者研究过的螺旋星系中，有一半至少有一个IXO。

2000年秋天，由美国卡内基麦隆大学的格里菲思、哈佛－史密森天体物理中心的卡烈特、麻省理工学院的松本浩典领军的三个团队，宣布了钱卓拉太空望远镜拍摄到的最亮IXO（位于M82星系）。要是有人认为较高的解析度会让问题消失，最后会发现IXO其实只是一些普通天体紧密集合在一起，他们就错了。虽然钱卓拉的确将一堆寻常的天体拍成一个光点，但是光点中至少有个东西算得上IXO。它明显不在星系中心，因此不是休眠的超级黑洞（它会很快沉入中心）；而从无线电与红外线照片看来，也不是超新星的孑遗（它会以多重波长发光）。

此外，卡烈特的团队认为他们发现了那个IXO的X光强度有十分钟的周期闪烁，因此推估它的大小大约不到十光分（一光分相当于1800万公里，太阳直径约140万公里），可以当作它是中型黑洞的证据。美国国家航空暨太空总署（NASA）特别召开了记者会，宣布IXO之谜已经解开。两周后，闪烁现象证实是仪器的「人工」，而不是「天工」。NASA并没有为此召开第二次记者会。

其他团队也拍摄各种IXO的X光光谱，抓到IXO会摆荡在亮而冷与暗而热这两个模式之间的证据。已知的黑洞都是这样。不过，直到最近黑洞假说仍有疑问。黑洞愈大「胃纳」愈宽，它周围的质量圈应该在老远以外，因此会比较冷；可是IXO实际上比恒星质量黑洞更热。日本京都大学渡来兼也等人提出的解答是：物质落入黑洞的速率非常高，结果质量圈因而向内推进。只要用一个会起伏的掉落速率，就可以解释三个IXO在亮度与温度上的变化。

对理论家而言，中等质量不会产生黑洞。垂死的恒星也许会遗留一个相当于15个太阳质量的黑洞，不可能更大了；比较重的恒星不一定会遗留较重的黑洞，因为它们在灿烂的一生中，往往会抛弃大块质量。另一方面，早期宇宙的气态云会塌陷成巨型黑洞，质量超过100万个太阳。也许中型黑洞涉及恒星或恒星质量黑洞合并成一个星群的事件，在M82星系就有一些证据。或者，也许中型黑洞是宇宙第一代恒星塌陷的结果，那些恒星是在洪荒时期形成的，可说是巨人一族。但是这些解释或者其他解释，都无法让人完全释疑。「我很抱歉我们还搞不清楚状况，」太空望远镜科学研究所的理论家马瑞尔说，「这个领域里典范还没有形成，那正是有趣的地方。」

【本文转载自 2002年1月号 〈不偏之谓中〉一文。】

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