天 文 新 知|
黑 洞 是 宇 宙 中 最 神 秘 的 物 體 之 一 ， 只 要 提 及 黑 洞 這 個 名 稱 ， 便 會 使 人 聯 想 到 宇 宙 中 強 大 的 力 量 ， 難 怪 它 成 為 科 幻 電 影 常 常 描 寫 的 對 象 。 電 影 中 的 黑 洞 經 常 被 描 寫 為 可 通 往 另 一 宇 宙 的 時 光 隧 道 ， 又 或 者 像 一 個 宇 宙 吸 塵 機 * 般 ， 可 將 遠 近 任 何 物 體 吸 入 其 中 的 危 險 地 帶 。 本 文 主 要 討 論 有 關 黑 洞 的 基 本 理 論 ， 以 及 黑 洞 研 究 的 新 發 展 。 黑 洞 的 理 論 建 基 於 萬 有 引 力 定 律 。 萬 有 引 力 是 我 們 最 為 熟 悉 的 一 種 作 用 力 ， 這 種 力 使 我 們 緊 貼 在 地 上 ， 同 時 使 地 球 環 繞 太 陽 運 行 。 愛 因 斯 坦 的 相 對 論 提 出 ， 質 量 和 能 量 決 定 時 空 的 幾 何 形 狀 ， 而 時 空 的 彎 曲 率 則 以 引 力 的 形 式 表 達 出 來 。 黑 洞 是 擁 有 強 大 引 力 的 物 體 ， 引 力 之 大 即 使 是 宇 宙 中 速 度 最 高 的 光 線 也 不 能 逃 離 黑 洞 ； 亦 因 如 此 約 翰 • 威 拿 於 1971 年 將 這 種 物 體 命 名 為 黑 洞 。 如 有 一 個 黑 洞 ， 它 的 質 量 跟 太 陽 的 質 量 相 同 ， 那 黑 洞 的 半 徑 只 有 約 3 千 米 （ 即 太 陽 半 徑 的 0.0004％ ） 。 黑 洞 漆 黑 不 可 見 ， 那 我 們 怎 樣 能 知 道 它 的 存 在 呢 ？ 科 學 家 們 可 以 間 接 從 黑 洞 對 鄰 近 的 星 際 氣 體 及 塵 埃 的 影 響 來 找 到 它 。 當 任 何 物 體 墮 進 或 被 吸 入 黑 洞 時 ， 都 會 被 黑 洞 吸 積 入 內 ， 形 成 黑 洞 外 的 吸 積 盤 繞 著 黑 洞 運 行 。 這 運 行 中 吸 積 物 的 潮 汐 力 將 動 能 轉 為 熱 能 ， 使 溫 度 提 高 ， 甚 至 可 達 數 百 萬 度 。 我 們 可 藉 著 測 量 X - 射 線 的 強 度 及 變 化 ， 從 而 探 測 黑 洞 的 存 在 。 天 文 學 家 普 遍 認 為 黑 洞 分 為 兩 大 類 。 第 一 類 稱 為 恒 星 質 量 黑 洞 ， 這 類 黑 洞 的 質 量 與 太 陽 質 量 的 量 級 相 若 ， 它 們 都 是 巨 大 恒 星 演 化 後 的 最 終 物 。 少 於 8 個 太 陽 質 量 的 星 如 太 陽 ， 最 終 會 演 化 為 一 顆 寒 冷 、 細 小 的 白 矮 星 。 一 些 質 量 大 於 8 個 太 陽 質 量 但 少 於 25 個 太 陽 質 量 的 恒 星 在 超 新 星 爆 發 後 會 成 為 中 子 星 ， 而 質 量 大 於 25 個 太 陽 質 量 的 恒 星 最 終 會 演 化 成 黑 洞 。 第 二 類 黑 洞 稱 為 超 級 黑 洞 ， 它 們 位 於 星 系 中 心 ， 這 類 黑 洞 的 質 量 由 數 百 萬 至 數 十 億 太 陽 質 量 不 等 。 這 類 黑 洞 多 存 在 於 宇 宙 中 遙 遠 的 地 方 ( 即 宇 宙 的 早 期 ) ， 在 那 時 ， 恒 星 和 星 系 之 間 相 互 作 用 明 顯 較 多 ， 尤 其 在 星 系 核 心 附 近 ； 我 們 就 是 藉 著 研 究 活 躍 星 系 核 的 動 態 來 探 測 這 類 黑 洞 的 存 在 。 雖 然 科 學 家 在 黑 洞 研 究 中 取 得 進 展 ， 但 不 少 問 題 仍 有 待 解 決 。 是 否 在 所 有 星 系 - 包 括 銀 河 系 - 的 中 心 都 存 在 黑 洞 呢 ？ 在 大 爆 炸 後 ， 密 度 極 高 的 碎 片 能 否 形 成 黑 洞 呢 ？ 第 三 類 黑 洞 - 中 型 黑 洞 ， 又 是 否 存 在 呢 ？ 近 期 超 級 電 腦 分 析 錢 德 拉 Ｘ 射 線 天 文 台 的 數 據 ， 顯 示 中 型 黑 洞 極 有 可 能 存 在 ； 然 而 我 們 可 以 更 直 接 觀 測 這 類 黑 洞 的 存 在 嗎 ？ 未 來 數 年 ， 一 系 列 新 的 天 文 衛 星 將 會 投 入 服 務， 屆 時 可 對 這 些 神 秘 的 物 體 - 黑 洞 有 著 更 多 的 認 識 。 * 黑 洞 其 實 並 不 像 電
影 中 所 描 寫 那 種 遠 近 通 吃 的 宇 宙 吸 塵 機 。 黑 洞
只 會 把 超 越 黑 洞 邊 界 的 物 件 吸 積 入 內 。 比 喻 來
說 ， 如 太 陽 忽 然 成 為 相 同 質 量 的 黑 洞 ， 地 球 的
軌 道 不 會 有 絲 毫 改 變（ 當 然 我 們 會 感 到 溫 度 大
降 ， 因 地 球 再 接 收 不 到 太 陽 所 發 出 的 能 量 ） 。
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