《黑洞》

ANDY1860

「黑洞吞噬理論」面臨世紀挑戰


錢德拉X射線太空觀測站的藝術設想圖。
                     

                      　　浩渺宇宙中，一顆恆星偏離了原來的軌道，闖入了黑洞的禁區，結果就在黑洞巨大引力作用下不斷伸展，被撕扯得四分五裂，直至被完全吞噬。曾幾何時，上述頗具科幻色彩的場景是很多人對「黑洞」的設想，相當多的天文觀測表明黑洞會吞噬掉它周圍的物質，這也是科學界的主流觀點。
　　然而，10月13日美國宇航局錢德拉信息中心的一份報告稱，借助美國宇航局的錢德拉X射線太空望遠鏡，天文學家們在黑洞「半人馬座A*」（SagittariusA*）周圍區域發現了一個環形新生恆星帶，證實銀河系中心大黑洞附近的環境有助於催生新的恆星。這一天文新發現將刊登在近期出版的《皇家天文學協會月報》上。
　　這一新的發現是否意味著傳統的黑洞吞噬說將被新的發現所「吞噬」？國家天文館的專家在接受本報記者專訪時表示，雖然黑洞周圍催生新恆星有著特定的條件，但這一發現對於黑洞和恆星的研究仍然具有突破性意義。錢德拉太空觀測站拍攝到的半人馬座星雲圖。「半人馬座A*」黑洞及其周邊「恆星環」的模擬圖。
　　
發現「錢德拉」射穿「半人馬」
　　「世界上有兩件東西能夠深深地震撼人們的心靈，一是我們心中崇高的道德準則，一是我們頭頂上燦爛的星空。」哲學家康德這樣表示對宇宙星空的崇敬之情。而人類對「天」的探索從來就沒有停歇過，來自宇宙的新信息不斷改變著人們對宇宙、對自我的認識。
　　美國宇航局錢德拉信息中心利用繞地球軌道運轉的錢德拉X射線太空望遠鏡觀測到，在銀河系中心的黑洞「半人馬座A*」周圍距離一光年的區域，一個巨大的碟狀星際塵埃雲團正孕育著大量新生恆星天體，這些新生恆星構成了一個「環」。根據目前的觀測結果，至少已發現有50到100顆質量巨大的新生恆星。
　　遮掩在厚厚的塵埃帶後，巨大橢圓星系半人馬座A的核心，在可見光波段通常隱而不顯。在浩渺的宇宙空間中，半人馬座A距離地球約1100萬光年，被稱為離我們最近的活躍星系。儘管是一活躍的星系，但之前，半人馬座A卻是天文學家不可攻克的難關。
　　國家天文台科技計劃處處長薛隨建研究員告訴記者，半人馬座A位於南天的半人馬座內，在天文學上，早有預測半人馬座A可能藏著一顆100萬倍太陽質量的黑洞。但厚實的塵埃帶是半人馬座A的一大特色，而另一特點便是擁有許多X射線輻射源，以及一個瀰漫的X射線光，這使得在可見光波段半人馬星座隱而不顯，要觀測到它的動態就必須要用X射線波段。
　　「此次『錢德拉』X射線太空望遠鏡正好是在X射線波段工作，同時又具有高的空間分辨率、光譜分辨率，因此恰能發揮出它的功效。」薛隨建解釋了新發現的原因。
　　「這次觀測的最大突破就是天文學家觀測到在黑洞的附近也有恆星物質的較穩定存在。這些恆星呈環狀出現，其實這一環狀就是天文學上的『吸積盤』。」薛隨建解釋道，所謂「吸積盤」，是指圍繞著黑洞高速旋轉的漩渦狀結構。
　　一般認為，黑洞被「吸積盤」環繞。「吸積盤」在摩擦力與潮汐力的作用下會變得非常熾熱，溫度達到數百萬度，並釋放出高能輻射，如X射線等，這也是天文學上能夠觀測到黑洞的依據。「恆星等會被黑洞的巨大引力所撕裂，這是長久以來形成的共識，但觀測的結果卻讓我們看到了硬幣的另一面。」
　　
說法：黑洞催生恆星要有條件
　　黑洞會將一切靠近它的物體吞噬，那麼美宇航局的新發現又是怎麼回事？
　　對這一新現象，天文學家給出了兩種猜想。一是黑洞附近星際塵雲的引力抵消了黑洞的吸引力，構成比較安定的環境，從而有助於新恆星誕生；另一種解釋是這些新恆星是在其他地方誕生的，被黑洞的引力「拉」了過來。
　　以英國萊斯特大學天文學家納亞克申為首的天文學家排除了遷徙說，因為他們只觀測到約1萬顆的小質量恆星，但如果是從其他地方遷徙過來的則小質量恆星的數目應該不少於100萬顆。對此，薛隨建也表示，此次在黑洞附近發現新恆星，觀測上排除了「捕獲」恆星說，因此很可能是周圍吸積盤上誕生的恆星，而不是由別處「遷徙」而來。
　　「不過，這一天文新發現並不能完全將之前的黑洞吞噬說推翻，畢竟這是個別現象而不是普遍現象，要對此現象下一確切的結論還要留待以後更多的天文觀測結果來證明。但這畢竟是我們天文學上的一個突破。在此之前，我們知道形成新恆星的氣體和塵埃雲會被這個中心黑洞吸引進去，無法維持新恆星形成的穩定環境，但此次的觀測卻找到大量體積較大的新生恆星在黑洞附近區域產生的證據。」薛隨建認為，目前可以肯定，黑洞催生新恆星的誕生肯定是有條件的。「因為如果黑洞附近的吸積盤不夠大，完全受黑洞引力擺佈的話，不易形成新的恆星；但是如果吸積盤足夠大，其自身引力由於抵禦黑洞引力所產生的物質湍動，可使氣體盤局部的物質密度達到形成恆星的臨界密度，因而觸發恆星形成。」對此，北京師範大學物理系劉遼教授也表示，由於「半人馬座A*」是一巨大的黑洞，它這一特殊的天體環境容易形成恆星。
　　
挑戰：大質量恆星有新「產床」
　　恆星在古代的天文學家眼中，在星空的位置是恆定的，因此給它起名「恆星」。其實它們在不停地高速運動著，比如太陽就帶著整個太陽系在繞銀河系的中心運動。
　　薛隨建向記者解釋了恆星產生的奧秘：「恆星誕生於由星際物質凝聚而成的星際氣體雲，它們一般分佈在星系盤面附近，幾乎是一個自引力系統。如在我們的銀河系中的銀盤內，特別是在旋臂區域內，是大量氣體雲集的地方。」此次，錢德拉望遠鏡對銀河系中心黑洞的觀測使天文學家推測，黑洞周圍的環境，與一般恆星誕生的星雲環境大不一樣。黑洞引力的影響，可能有助於構成恆星的物質快速凝聚，因此新生恆星中各種星體的比例也不尋常，大質量恆星的比例可能遠高於普通星雲中誕生的恆星。
　　對此，薛隨建表示：由於黑洞附近的特殊環境，此處形成的恆星質量分佈關係與通常恆星肯定會有不同。「但如何能夠產生更多大質量恆星的比例，據我所知，僅是定性推測，尚且缺乏具體定量計算的依據。不過，無論是哪種原因促使大質量恆星誕生，此次新的天文觀測結果，都會讓研究恆星形成過程的科學家們得到一些新的啟發。」
　　
■黑洞簡史
　　黑洞，是時空的一個區域。這個區域內的引力極大，以至於任何東西，甚至光都不能從中逃逸出來。這曾是天文學上的共識。一旦有星體出現在黑洞附近，也往往被稱為「逛入了一個錯誤的地帶。」因此，長期以來「黑洞吞噬說」便成為人類解讀黑洞的一個突破口。
　　中國科學院理論物理研究所研究員張元仲告訴記者，黑洞吞噬說幾乎是和黑洞的定義並存的。「黑洞並不能顧名思義地解釋為是個大黑窟窿。『黑洞』是根據廣義相對論預言存在的天體，它憑著自身的引力把包括光在內的空間中的一切『禁閉』起來。」
　　張元仲進一步解釋，無論是理論物理學還是天文學方面，對黑洞的認識都源自於它的吞噬性。黑洞的提出可以追溯到牛頓時代。當時拉普拉斯等人根據牛頓理論提出了黑洞的假設，後來愛因斯坦、霍金等都是黑洞學說發展中標誌性的人物。
　　1975年，物理學家霍金以數學計算的方法證明黑洞由於質量巨大，進入其邊界的物體都會被其吞噬而永遠無法逃逸。不過去年霍金公開修正了他的學說，認為黑洞並非只是吞噬物質，也會把一些曾被它吸入的物質信息向外界釋放。
　　本版采寫：本報記者李健亞 實習生林越

錢德拉X射線太空觀測站於1999年發射到太空，為人類提供了許多關於黑洞、中子星，γ射線爆發和超新星等高能天體現象的研究材料。

「半人馬座A*」黑洞及其周邊「恆星環」的模擬圖。

大熊座星系中央黑洞，這是迄今發現的最龐大的黑洞，其質量是太陽質量的100多億倍。

[ 本帖最後由 ANDY1860 於 2008-8-26 16:38 編輯 ]

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天文學名詞黑洞
       



黑洞 引力極強的地方，沒有任何東西能從該處逃逸，甚至光線也不例外。
黑洞可從大質量恆星的「死亡」中產生，當一顆大質量恆星耗盡其內部的核燃料而抵達其演化末態時，恆星就變成不穩定的並發生引力坍縮，死亡恆星的物質的重量會猛烈地沿四面八方向內擠壓，當引力大的無任何其他排斥力相對抗時，把恆星壓成一個稱為「奇點」的孤立點。有關黑洞結構的細節可用愛因斯坦解釋引力使空間彎曲和時鐘變慢的廣義相對論來計算，奇點是黑洞的中心，在它周圍引力極強，通常把黑洞的表面稱為視界，或叫事件地平，或者叫做「靜止球狀黑洞的史瓦西半徑」，它是那些能夠和遙遠事件相通的時空事件和那些因信號被強引力場捕獲而不能傳出去的時空事件之間的邊界。在事件地平之下，逃逸速度大於光速.

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天文學家發現：黑洞可阻止宇宙中新星誕生


　　圖為銀河系中的超級黑洞，藍色代表接近於黑洞的物質發射出的放射線，黑洞周圍的淺灰色結構是由氣體和灰塵構成。
　　近日，美國航空航天局銀河系形成過程探測小組的科學家們研究發現在某些巨大的星系中，特大質量的黑洞創造出了一種敵對的環境。在這種環境中，許多新星的形成被無情壓制了。這一研究成果發表在8月24日出版的《自然》雜誌上。
　　科學家們利用在太空軌道中的探測衛星對距離我們較近的800餘個不同的星系進行了探測，發現了許多迷人的景象，其中包括質量超大的黑洞、形態各異的星系等。科學家們同時發現在那些擁有超級黑洞的星系中幾乎沒有新星。天文學家們認為造成這一現象的原因是由於超級黑洞的存在。
　　美國航空航天局銀河系形成過程探測小組負責人，來自韓國首爾延世大學的SukyoungK.Yi博士稱，「在這些星系中存在的特大質量的黑洞創造了一種不利於新星誕生的環境。如果你想發現更多的新星，你就應該去觀測那些較小的沒有黑洞的星系。」
　　此前，天文學家們曾認為黑洞對於恆星的誕生起著非常重要的作用，但是他們並沒有足夠的工具來證實這一理論。科學家們對銀河系形成過程的研究開始於2003年。這項研究工作的成果可以很好的證實上述的理論，因為科學家們使用的靈敏度極高的紫外線探測器可以探測到年輕的星體散發出的微弱的紫外線。
　　科學家們稱，黑洞往往位於一個星系的中心，其周圍聚集著許多高密度的物質。隨著時間的推移，黑洞和它所在的星系都會不斷成長壯大，但是它們成長的速度有快有慢。

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天文學家答疑釋惑 黑洞會吞噬地球嗎                                               




　　黑洞示意圖


　　黑洞示意圖
　　據美國廣播公司(ABC)29日報道，在科幻小說中描寫到，地球逐漸被黑洞吞噬，人類世界毀於一旦。但當今一些科學家表示，這並非只有在科幻小說中才可能出現的事情，事實上危險正在逼近。
　　紐約美國自然歷史博物館海登天文館館長尼爾·德格拉斯·泰森表示：「如果我們遭黑洞襲擊，對於太陽系來說，這將是一個不幸的時刻。」龐大的銀河系中存在著數十億顆恆星，每一顆都處於生命週期中不同的點。科學家認為，如果按常規推測，每天死亡的恆星至少有1顆。一些質量巨大的恆星在其生命的最後階段會發生塌陷並最終演化為黑洞。擁有巨大引力的黑洞充當無形的宇宙真空吸塵器，吞噬所到之處的一切物體，就連光線也無法逃離它的魔爪。
　　紐約市立大學理論物理學教授加來道雄解釋說：「如果發射核武器攻擊黑洞，所產生的效果不過是打了個小洞而已，巨大的黑洞引力實在是太可怕了。」黑洞位於所有龐大星系的心臟。人類所在的銀河系的中央也存在這樣一個宇宙怪物。天文學家表示，在宇宙中「定居」的黑洞數量可能超過1000萬。
　　科學家最初認為人類無需有任何恐慌，因為黑洞被認為是固定不動的。加來道雄表示：「2000年，情況變得一團糟，也就是這個時候，我們找到確實的證據，證明銀河系中存在流浪的黑洞，而且就挨著我們的後院。」科學家表示，幸運的是，黑洞朝地球進發進而吞噬人類的可能性極低。然而，如果一個黑洞真的進入太陽系並與地球成為鄰居，人類世界會發生什麼呢？
　　可怕的黑洞能夠吞噬光線，科學家仍無法對它進行直接觀察，但他們可以觀察黑洞對周圍物質的破壞。天文學家表示，黑洞來襲的最初徵兆是夜晚天空中發生的微妙變化。黑洞引力將扭曲地球的軌道，我們隨即發現其它行星以及銀河系中恆星的軌道發生變化。黑洞距離地球越近，地球軌道遭扭曲的程度也就越嚴重。即便是一顆距離太陽系10億英里的黑洞，仍會影響地球的軌道，改變我們的潮汐。
　　如果一顆流浪的黑洞逼近太陽系並且向地球進發，科幻小說中描寫的人類浩劫將成為現實。地球將衝出它的軌道脫離太陽系，或是朝相反的方向飛向太陽，致命的高溫將地球上的一切生靈化為灰燼。無論是哪一種情況，一旦黑洞逼近地球，人類家園將被無情劈開，難逃被吞噬的命運。泰森表示：「在黑洞與地球的較量中，地球注定要失敗，這是顯而易見的。」

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黑洞的誕生       



當一顆質量相當大的星體的核能耗盡後，沒有輻射壓力去抵抗重力，平衡態不再存在，這星體將全面塌縮，成為中子星。若其質量仍大於三個太陽質量時，那麼連中子簡併氣體壓力也不能平衡重力，星體將斷續塌縮至它的重力半徑(rg)範圍之內；這時，引力之大足以使一切粒子，包括光子，都被引回星體本身，不能外逸。這就形成黑洞。
黑洞是一個時空的黑暗區，由一些質量頗大的星體經重力塌縮後所剩餘的東西。它的基本特徵是有一個封閉的視界。這視界就是黑洞的邊界，一切外來的物質和輻射可以進入這視界以內，但視界內任何物質都不能從裡面跑出來。
如我們把一顆石塊向上拋，它會很快跌回地面，我們用點勁拋，它會飛得高一點；假若再加把勁，令石塊向上速度達逃逸速度，它便會直衝出宇宙，一去不返。
恆星質量越大，體積越小，引力的羈絆便越大，所需逃逸速度亦越高。另一方面，愛恩斯坦的相對論斷言宇宙中最高的速度便是光速，所以如所需的逃逸速度大於光速，那麼宇宙中包括光在內的一切都不可能逃離引力的魔掌，這顆恆星便成為黑洞。
不了解廣義相對論，便不能真正了解黑洞。廣義相對論的中心思想是質量會扭曲其附近的時空，質量越大，影響越明顯。牛頓力學認為月球繞地球旋轉，是因為月球受到地球引力的吸引；但廣義相對論的說法則是地球的質量扭曲了附近的時空，月球在不平坦的時空以最自然的方式運行，結果走出了一條繞著地球轉的曲線，情況就如彈珠在不平坦的地面走，會左搖右擺一樣。同樣道理，光線在通過大質量物質 近時，亦不會以直線運行。
重力半徑又稱史瓦半徑 Schwarischild Radius，它只與體的質量成正比。
黑洞是引力極強之地，光線路徑扭曲的程度，足以令光線無法逃跑。在黑洞附近，光線(包括宇宙所有其他物質)能否逃離的分水嶺稱為事件穹界。為甚麼叫事件穹界呢？原因很簡單，由於在事件穹界之內的一切皆不能逃離，所以在這個界限以內發生的一切，將永遠不能為人所知，事件穹界便是事件能為人所探知的極限。對於一個史瓦西黑洞﹐即一個並不自轉和不帶電的黑洞﹐事件穹界的半徑稱為史瓦西半徑(RS)，數值的大小只取決於黑洞的質量。
R S = 2 G M / c 2
公式中的M是黑洞的質量，G是引力常數，c是光速。太陽質量的黑洞的史瓦西半徑約為3公里。在史半瓦西半徑以內的範圍，被定義為黑洞所佔有的空間。
我們稱黑洞中心為奇點，很多人以為奇點是一個半徑等於零但密度無限大的地方。其實，比較正確的說法是我們根本不知道那裡是甚麼一回事，因為我們所知的一切物理定律根本不適用於情況如此極端的地方。
在事件穹界之外，有一個稱為光子球層的球狀區域。在這裡，只要光線是以切線方式擦過光子球層，便會被黑洞引力俘獲，沿著這球層像衛星一樣永遠繞著黑洞旋轉。黑洞的可怕引力會隨著距離遞減，事實上假若我們的太陽突然變成一個黑洞，地球並不會感到太陽的引力有甚麼不同，仍舊會依著同一軌道繞著太陽旋轉。
假若有人跌進了黑洞，會發生甚麼事呢？首先，如你在遠處看著這個不幸的太空人，你會發覺開始時就如一切向下跌的物體一樣，他跌進黑洞的速度會越來越快，當他接近黑洞，奇怪的事開始發生，你會發覺他開始減速，越接近事件穹，他的速度便越慢，一切變得像慢動作影片，最後更彷似停留不動，永遠不能到達事件穹界！
但對這個不幸的太空人來說，情況便完全不同。當然我們先要假設這個太空人有超人般的身體，不會被黑洞的引力殺死。當他越來越接近黑洞，黑洞看來會越來越大，更開始包圍著他﹐只剩太空船的尾窗仍可看到一角宇宙，但除此之外，倒沒有甚麼特別，之後在極短極短的時間之內，他便會撞上黑洞的奇點。
旋轉黑洞
旋轉黑洞又稱為克爾黑洞，它們的特性和以上所說的靜止黑洞很不同。旋轉黑洞有外內兩個事件穹界，而它們 之間的區域稱為能層。在能層內的物質會被黑洞自轉所帶動，但仍有機會逃離黑洞的魔掌。內事件穹界才是真正的死亡線，一旦進入便永無翻身之日。
理論上，我們是可以從黑洞中搾取它的自轉能。方法是把一件物體放進能層，然後把物體分成兩部分，讓一部分墮進黑洞，另外一部分逃離黑洞﹐若我們適當地選擇它們的質量、分離的時間等等﹐便可以讓逃離的部分以更高速度(即更高能量)離開黑洞。或者在茫茫宇宙，確有先進的天外文明，利用這個方法抽取黑洞的能量呢！
尋找黑洞
理論上，我們永遠看不到黑洞，但這不表示我們沒有辦法找到它們。普遍原則是找一些黑而密度高的物體。在事件穹界之外，開普勒定律仍勉強適用。我們可以量度繞著懷疑黑洞轉的氣體的速度，然後利用開普勒定律，計算出中心物體的質量下限。假若質量超過三個太陽質量，而且它非常細小又漆黑一片，我們便很有理由相信這是黑洞。
通常，黑洞會被吸積盤所環繞，兩極更有噴流。當物質流入黑洞，會發射出強烈的X射線。找尋這些X射線源亦是尋找黑洞(或中子星)的重要方法。
天鵝座X-1便是最早發現的懷疑黑洞。這物體的伴星是一顆O型星，質量下限是七個太陽質量，並會放射出X射線。一切證據都顯示它極有可能是黑洞。
非星體黑洞
理論上，黑洞是沒有質量上限的。它們可以超乎想像的大和重，我們稱這種黑洞為特大質量黑洞。我們在不少星系中心都找這種黑洞。例如在M87星系的核心內便有一個質量為3x109個太陽質量，但直徑只有數光星期之內的物體，只有黑洞才可能這麼重而同時又這麼細小。
「黑洞沒有毛髮」原理：十年之前，我們相信黑洞是一個很簡單的物體，三個物理參數─質量、角動量(如要求不嚴謹，可把它看成為自轉速度)和電荷─便決定了它的一切，兩個黑洞只要它們這三個參數相同，物理特性便完全一樣，黑洞最初由甚麼物質所造成是無關宏旨的，由於黑洞是這樣「單純」，光禿禿沒有甚麼特徵，所以天文學家謔稱「黑洞沒有毛髮」。對於真正的黑洞，由於它的強大引力足以離子化附近的物質，然後把自己中和，所以應該沒有黑洞是帶電的。但我們最近發現，在非常特殊的條件下，黑洞可能有其他可觀測的物理特性，由於這牽涉高深物理，在這裡不再作進一步的探討。
霍金蒸發：到目前為止，我們不斷強調事件穹界是一條不歸路。但真的沒有東西可逃出黑洞嗎？著名英國天文學家霍金得出了一個驚人的結論，他發現理論上黑洞亦會如普通黑體一樣發出輻射，這便是霍金蒸發理論。原來黑洞亦有溫度，而它的溫度和它的質量成反比，即質量越大，溫度越低。普通星體所形成的黑洞的溫度低至根本無法量度，但只要我們能夠找到小型黑洞，其蒸發過程卻是可以觀測得到的。
小型黑洞：到目前為止，所談及的黑洞形成機制只能產生質量大於太陽質量三倍的黑洞。我們相信小型黑洞只能在宇宙初開頭一秒內的極端環境下誕生，現在仍有小型黑洞存在嗎？理論上是可能的，但目前仍是疑案。
黑洞的歸宿：若黑洞會產生輻射，它便會逐漸失去質量，當所有質量皆蒸發掉時會發生甚麼事？我們不知道，科學家仍需努力。
蟲洞：在科幻小說裡，我們經常可以看到作者用蟲洞作為連接宇宙兩處地方的捷徑。小說中的英雄只要走進蟲洞，便可瞬間穿梭時空。到目前為止，蟲洞只存在於理論當中，作為時空隧道它有極大的缺點，它的兩個出口皆是黑洞！當勇敢的太空人穿越蟲洞後，他會發覺自己被困在另一個黑洞中，他或許可在剎那間看到宇宙另一處的景像，但會立即撞進奇點而死亡。
圖中為黑洞從星體形成的過程中，外層經過爆炸而出現塵，大量的塵在黑洞形成後仍會以高速在黑洞外盤旋，這對天文者定位黑洞很重要，而這些塵和分子有時稱作accretion disk.




黑洞的參數
要了解一顆星體，我們需要很多參數，但當它塌縮成為一個黑洞，任何物質都不能逃離它，因此我們是無法觀測到任何有關它的信息。根據研究，只有三個基本參數，質量、電苛和旋轉，我們才能在遠距離探測到，這就是"黑洞沒有毛髮"定理。
理論上，黑洞可按積分成小、中和大三類，已有好些証據顯示，中型黑洞是大星體在其生命終結時，星體內陷和坍塌後所留下的遺骸，而大型黑洞則存在於很多星系中，可能包括我們身處的星系。
黑洞的界限
當一個黑洞形成後，所有物質都會向中心場縮成高一個非常細小的質點，稱為奇點 Singularity，黑洞的表面層稱為”事件穹界”EventHorizon。而這表面層和中心奇點的距離就是史瓦半徑。任何物質要從黑洞的史瓦半徑跑到外面去，它的逃離速度 EscapeVelocity便要大於光速。但根據狹義相對論，光速是速度的極限，因此，一切物質到了事件穹界便扯向中心的奇點，永不能逃出來。
黑洞的存在
於1990年4月27日，哈勃太空望遠鏡 Hubble SpaceTelescope的啟用，為人類探索太空夫揭開了新的一頁，雖然在製造時出了錯誤，使影像大打折扣，可是仍對天文學有莫大的貢獻。近來人類對一直只是存在於理論範疇內的黑洞，已透過哈勃太空望遠鏡，有了進一步的証據。於仙女座大星系M31附近的M32發現了一個質量大於太陽三百萬倍的黑洞。M32是在我們的銀河系附近，距離地球2.3百萬光年的星系。它是人類所知密度最高的星系，於直徑只有一千光年的範圍內（我們的銀行河系直徑約十萬光年），包含了四百萬顆星，中心和密度是我們的銀河系100個一百萬倍左右。假設你生活於M32中心的行星上，你會見到一個密佈星光的夜光，光度比一百倍滿月還要亮。科學家是由星星於該星系的活動，及其中心密度而推測的。此星系內之星星移動速度較之於一般星系每秒快了100公里。對於此發現，實對各天文學者的一大鼓舞，相信以後哈勃望遠鏡，必能為人類揭開更多太空的神秘之謎。

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罕見天文景象：黑洞撕裂恆星







　　歐洲和美國天文學家18日宣佈，他們借助太空望遠鏡在一個距地球7億光年的星系中觀測到了耀眼的X射線暴發。科學家相信，這是被位於該星系中央的黑洞所吞噬的一顆恆星發出的「臨終呼叫」。這是科學家首次找到超大質量黑洞撕裂恆星的強有力的證據。
　　美國宇航局發佈的新聞公報介紹說，科學家早就從理論上預言黑洞會撕裂恆星，但一直未能得到觀測結果的證實。美國宇航局「錢德拉」X射線太空望遠鏡和歐洲航天局「XMM－牛頓」X射線太空望遠鏡在新觀測中，在一個距地球約7億光年的星系中央，探測到了強大的Ｘ射線暴發。歐美天文學家們分析後認為，這是黑洞撕裂恆星的確鑿證據。他們說，該恆星在被黑洞撕裂前，其中的氣體被加熱到數百萬攝氏度，導致產生了Ｘ射線暴，這一過程中釋放出的能量與一次超新星爆發相當。
　　根據天文學家的描述，在代號為「RXJ1242-11」的星系中央地帶新觀測到的恆星與黑洞搏鬥，力量對比極其懸殊。存在於星系中央的黑洞質量約為太陽質量的1億倍，而被撕毀的恆星質量僅與太陽質量相當。據推測，這顆恆星很可能在與另一顆恆星近距離相遇後，偏離了原先的運行軌道，結果與超大質量黑洞距離過近，在後者巨大的引力作用下伸展，直至被扯得四分五裂。不過這個黑洞並不「貪心」，它只「吃」掉了該恆星的1%，恆星其餘部分被拋擲入黑洞外的太空。
　　新觀測研究項目負責人、德國馬普學會地外物理學研究所的科莫莎指出，存在於雙星等系統中的恆星，有時候是能夠承受較小幅度伸展的，但新觀測到的這顆恆星的伸展程度超出了所能承受的極限。科莫莎說，該恆星倒霉就倒在它「逛進了一個錯誤的地帶」。

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發現最重的恆星型黑洞


美國聖地牙哥州立大學（San Diego State University）天文學家Jerome Orosz等人在鄰近的M33星系中發現一顆非常重的恆星型黑洞（stekkar black hole），並與一顆巨大的伴星互繞。這項發現將對瞭解大質量恆星的演化和未來命運有重要幫助。
　　M33星系距離地球約300萬光年。經由綜合錢卓X射線觀測衛星（Chandra X-ray Observatory）、夏威夷的雙子北座望遠鏡（Gemini North）的觀測資料後，天文學家發現有對雙星系統中，其中一個子星M33 X-7的質量高達15.7倍太陽質量，是目前已知質量最大的恆星型黑洞。所謂「恆星型黑洞」，是大質量恆星演化到生命末期時，核心塌縮而形成的黑洞。
　　M33 X-7的伴星每3.5天便會從其前方經過而發生掩食現象，因而可讓天文學家計算兩星的精確質量以及伴星的直徑。分析結果發現這顆伴星也很巨大，質量高達太陽的70倍，使得它也成為含有黑洞的雙星系統中，質量最大的伴星。未來當這顆伴星步入晚年，也會經過超新星爆炸階段而變成黑洞，最後就成了「黑洞雙星」。
　　這對質量這麼大的黑洞及其伴星，無法以一般的大質量恆星演化模型來解釋它們倆的性質。黑洞的前身星質量必定比現在的伴星還大許多，才會搶在伴星之前先變成黑洞。然而質量這麼大的恆星，其半徑必定比現在兩星之間的距離還大，因此可能在黑洞前身星演變成黑洞之前，兩者可能曾共有黑洞前身星的外層大氣，並因此過程而讓兩星的距離拉近。通常這種大氣層共有的過程會讓雙星流失大量質量；但如果質量真的大量流失的話，則應該不可能形成質量高達15.7倍太陽質量的黑洞。
　　天文學家預測：M33 X-7黑洞前身星在爆炸前的質量流失速度可能比理論預期的還少10倍左右。質量雖然很大的恆星，如果質量流失率也可以很小，或許就可以解釋近期觀測到像 SN 2006gy這樣異常明亮的超新星。天文學家推測SN 2006gy爆炸當時的恆星質量約為150倍太陽質量。
　　從這些觀測，天文學家認為大質量恆星或許不像一般認為的那樣是「有錢的敗家子」，在生命壯年就大量散發物質，反而可能保留絕大部分的質量直至生命終點。這對最後形成的黑洞將有非常劇烈的影響。

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超重黑洞可以不經歷恆星階段而形成

　　 現今的天文學家相信幾乎每個星系的中心都有一個超重黑洞（supermassive black hole），這些黑洞的質量約有百萬倍太陽質量，甚至可達到數億倍。它們不像一般的黑洞，超重黑洞可能有不同的形成方式，跳過恆星階段，直接由雲氣形成黑洞。
　　天文學家並不了解超重黑洞是如何開始的，但是它們確實存在於大部份的星系中。類星體（quasar）是宇宙中最亮的星體，它之所以這麼亮是因為超重黑洞吞噬物質而發出輻射所造成的。根據類星體的觀測顯示超重黑洞出現於早期的宇宙。
　　超重黑洞的形成有二個可能性：第一個是循著大質量恆星的演化，經過超新星階段，最終成為黑洞。這過程天文學家甚為明瞭，理論無法詮釋的是這些超重黑洞從一開始就必須穩定地以物理學預測的最大速率成長。但是現在我們所看到的星系都經歷活躍（active）和寧靜（quiescent）時期，這與星系內超重黑洞吞噬物質的快慢有關。
　　第二個可能性是許多物質快速地聚集，跳過恆星演化階段，直接形成黑洞。科羅拉多大學（University of Colorado）Mitchell C. Begelman教授計算過並提出，如果雲氣內的物質以超過每年幾十分之一太陽質量的速率聚集，重力的束縛將遠大於核融合產生往外膨脹的輻射壓力，這將直接形成黑洞而不會經歷一般恆星的階段。但問題是物質有可能如此快速地集結嗎？如果可能，是否有其它的力量從中幫忙？Begelman教授認為有數種外力協助的可能性，如暗物質（dark matter）等。
　　一旦有數倍太陽質量的氣體聚集在一起，它的核心部份會開始收縮。當這雲氣的質量達到100倍太陽質量時，會經歷一短暫的核融合時期；由於這階段很短，沒有機會讓星體再膨脹而逸散。最後這星體會累積至數千個太陽質量，溫度高達數億度；此時重力克服一切，使核心塌縮而讓星體轉變成一個10～20倍太陽質量的黑洞。自此，黑洞開始吞噬周遭的物質，以物理學預測的最大速率成長，最終吸入數百萬倍太陽質量。如果有太多的物質落入黑洞，這初形成的超重黑洞可能像一個迷你類星體（mini-quasar），因物質落入黑洞發出的輻射而發光，Begelman教授給予它一個名稱『類恆星』（quasistar）；類恆星階段可能很短，大約只能持續10萬年左右。

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狼吞虎嚥的黑洞

　　夏威夷大學的研究人員利用哈柏太空望遠鏡（Hubble Space Telescope）與夏威夷大學在冒納基亞山頂的望遠鏡觀測的數據，發現造成部分類星體（quasar）發光的原因：位在質量大而氣體少的星系中央的黑洞，正大口吞噬來自碰撞中的另一個具有豐富氣體的星系的物質。
　　類星體是宇宙中極具能量的天體，它們在巨星系（giant galaxy）的中央，包含了一個大質量的黑洞與螺旋環繞的氣體。氣體在墜入黑洞之前愈轉愈快，溫度也一路升高到太陽輻射的億萬倍。科學家長久以來都認為，兩個星系合併是使得星系中央的黑洞獲得物質的有效機制，但一直都找不到觀測的證據。
　　研究人員企圖探索的問題是：進入黑洞的氣體來自何方？他們利用光譜儀先找出氣體的組成，結果發現這些螺旋墜入黑洞的氣體幾乎純粹都是氫和氦；然而黑洞周圍、星系裡的其他恆星與物質卻含有許多如碳、氧等重元素成分。這個差異指出墜入黑洞的物質必然來自巨星系以外，很可能是由正在合併的另一個星系所提供。觀察還發現：快速且成分為純粹氫氣與氦氣的團塊，散亂地分佈在類星體周圍，顯示黑洞不僅會吞噬物質，並且經由數百萬年前的一場劇烈爆發，將它的一部份「食物」吐到達數千光年遠之處。

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《黑洞》
黑洞（Black hole）是根據現代的物理理論和天文學理論，所預言的在宇宙空間中存在的一種天體區域。

歷史上，法國力學家拉普拉斯曾預言：「一個密度如 250 個太陽，而直徑為地球的發光恆星，由於其引力的作用，將不允許任何光線離開它。由於這個原因，宇宙中最大的發光天體，卻不會被我們看見」。

黑洞是由一個質量相當大的天體，在核能耗盡死亡後發生引力塌縮後形成。根據牛頓萬有引力定理，由於黑洞的第一宇宙速度過大，連光也逃逸不出來，故名黑洞。

在此區域內的萬有引力非常強大，任何物質都不可能從此區域內逃逸出去，甚至光線都被它強大的引力拉回，因此黑洞本身不會發光，不能用天文望遠鏡直接觀測到，是黑漆漆的天體，但天文學家可藉觀察黑洞周圍物質被吸引時的情況，找出黑洞位置。
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尺寸和質量


質量達太陽10倍的黑洞之電腦模擬圖黑洞是由大約大於太陽質量的3.2倍的天體發生引力坍塌後形成的（小於1.4個太陽質量的恆星，會變成白矮星）。天文學的觀測表明，在很多星系的中心，包括銀河系，都存在超過太陽質量上億倍的超大質量黑洞。

根據愛因斯坦的廣義相對論，黑洞是可以預測的。他們發生於史瓦茲度量。這是由卡爾•史瓦茲查德於1915年發現的愛因斯坦方程的最簡單解。

根據史瓦茲解，如果一個重力天體的半徑小於一個特定值，天體將會發生坍塌，這個半徑就叫做史瓦茲查德半徑。在這個半徑以下的天體，其中的時空嚴重彎曲，從而使其發射的所有射線，無論是來自什麼方向的，都將被吸引入這個天體的中心。因為相對論指出任何物質都不可能超越光速，在史瓦茲半徑以下的天體的任何物質，包括重力天體的組成物質——都將塌陷於中心部分。一個有理論上無限密度組成的點組成重力奇點（gravitational singularity）。由於在史瓦茲半徑內連光線都不能逃出黑洞，所以一個典型的黑洞確實是「黑」的。

史瓦茲半徑由下面式子給出：


G是萬有引力常數，M是天體的質量，c是光速。對於一個與地球質量相等的天體，其史瓦茲半徑僅有9毫米。
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特性
目前公認的理論認為，黑洞只有三個物理量有意義：質量、電荷、角動量。也就是說：對於一個黑洞，一旦這三個物理量確定下來了，這個黑洞的特性也就唯一確定了，這稱為黑洞的無毛定理，或者三毛定理。
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分類
黑洞分類：

超巨質量黑洞
到目前為止可以在所有已知星系中心發現其蹤跡。
質量據說是太陽的數百萬至十數億倍。
小質量黑洞
質量為太陽質量的10至20倍，即超新星爆炸以後所留下的核心質量是太陽的 3 ~ 15 倍就會形成黑洞。
理論預測，當質量為太陽的 40 倍以上，可不經超新星爆炸過程而形成黑洞。
中型黑洞
推論是由小質量黑洞合併形成，最後則變成超巨質量黑洞
中型黑洞是否真實存在仍然必需存疑。
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微黑洞
微黑洞是理論預言的一類黑洞，目前尚無證據支持微黑洞的存在。它們誕生於宇宙大爆炸初期，質量非常小，根據霍金的理論，黑洞質量越小，「蒸發」越快。因此如果存在微黑洞，那麼它們現在一定已經蒸發殆盡了。
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否認黑洞存在的一些觀點
量子力學方面的反駁：黑洞中心的奇點具有量子不穩定性，所以整個黑洞不可能穩定存在。
目前發現的黑洞是一些暗能量星：美國加利福尼亞勞倫斯·利弗莫爾國家實驗室的天體物理學家喬治·錢普拉因等認為，目前發現的黑洞是一些暗能量星，真正意義上的黑洞是不存在的。
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地球內部若藏有一顆微型黑洞會是什麼情況？



　　Larry Niven曾在1973年寫過一本科幻小說「Hole Man」，故事內容敘述一群到火星探險的科學家偶然發現外星通訊裝置的故事。其中一位科學家認為這個通訊裝置的能量來自裝置中的一個微型黑洞（microscopic black hole），為證明他的理論，他關掉了「封鎖力場（containment field）」，結果黑洞像火星掉落，從火星內部毀掉火星，甚至威脅到整個太陽系。烏克蘭重點天文台（Main Astronomical Observatory）天文學家B.E. Zhilyaev認為上述科幻故事很有可能為真：宇宙中可能有許多微型黑洞，它們甚至可能存在於恆星和行星的內部。
　　這個論點並非新創，物理學家數年前就曾假設微型初始黑洞（microscopic, primordial black holes）可能存在，並以之解釋暗物質到伽瑪射線爆發的各種現象。自然界中產生新黑洞的方式，多半是比太陽大許多的大質量恆星死亡時形成的；這種形成過程無法讓黑洞數量大量增加。但理論認為：在宇宙大霹靂剛發生的時候，整個宇宙是被擠壓成一個非常小的「奇點（singularity）」，這些微型初始黑洞很可能就是在這個大霹靂初始階段產生的，一直存在至今。近年來，歐洲大型強子撞擊器（Large Hadron Collider，LHC）建設完成後，也有人認為當粒子以相對論性速度（接近光速）對撞時，會製造出微型黑洞。
　　究竟這些微型黑洞有多大？對一個恆星型黑洞（stellar mass black hole）而言，其重力的勢力範圍--事件視界（event horizon）的半徑只有幾公里而已。對一個質量只有地球大小的黑洞而言，其半徑只有2公分而已。而質量只有一座山脈那麼大的黑洞，半徑比一個氫原子還小，這意味著這種大小的黑洞可自由穿越一般物質而毫無阻力，甚至當它落入一般物質中時，也恍若它從不曾存在於其中。
　　這種山脈大小的微型黑洞若與恆星遭遇時，絕大部分時候可直接穿越恆星；但如果是微型黑洞、恆星加行星的三體交互作用，則微型黑洞很有可能會被困在恆星內部，在恆星內繞轉述十億年之後，最終停留在恆星中心。恆星內部的微型黑洞有可能來自恆星與行星從原恆星氣體塵埃雲形成之時，也有可能是恆星與行星形成之後被捕獲的。
　　那麼，如何知道恆星內部究竟有沒有黑洞？由於黑洞會隨時間成長，因而會改變恆星產生的總熱量。一顆夠大的黑洞可能會使恆星膨脹，甚至會促使恆星提早發生超新星爆炸。根據Zhilyaev的理論，恆星與微型黑洞間的交互作用或許可經由伽瑪射線爆發而偵測到。
　　另外，如果行星內部有顆黑洞會如何？那麼這顆行星會產生除了來自太陽以外的多餘熱量；或許這就是土星和木星溫度異常的原因。如果地球內部也有顆黑洞，那麼所產生的多餘熱量足以在太陽死亡以後很久一段時間，都還能提供地球動物生命所需的溫暖環境。換言之，微型黑洞是非常有效率、且可長久持續的能量來源 --只要不要在利用這種能源的同時，還擔心你腳下的這個黑洞怪獸何時會吞噬周遭事物就好。

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首次測量超重黑洞的自旋

　　 為了解巨大的黑洞是如何形成和演化，馬里蘭大學的天文學家對數個超重黑洞（supermassive black hole）進行自轉速率（spin rate）的定量測量。該校天文系研究生Laura Brenneman和副教授Christopher Reynolds使用歐洲太空總署的XMM太空望遠鏡（XMM-Newton X-ray telescope）來觀測，檢驗來自黑洞周圍吸積盤的鐵譜線。將觀測到的譜線形狀與Brenneman的理論得到的譜線形狀相比較，便可量測這些星體的角動量（angular momentum）或自轉速率。他們的分析指出黑洞的自轉確實非常快，至少可達到廣義相對論所允許最大可能速率的98.7%。
　　Reynolds說：「我們對於超重黑洞的誕生與成長所知有限，但是能夠測量到自轉速率，對於了解其形成過程的關鍵所在。」超重黑洞有可能是黑洞吸入大量物質所形成，當黑洞吸入質量時，它們會轉得更快。因此快速的自轉表示物質吸積的增加（growth by accretion）。另一可能性是黑洞彼此碰撞所造成的，理論模式預測在這情形下形成的超重黑洞轉速中等，不會太快。黑洞的特性取決於它們的質量和自轉速率。長久以來，科學家有能力測量黑洞的質量，但是截至目前為止測量自轉速率仍是一項挑戰。

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黑洞繫上安全帶

　　 新的分析顯示，如果星系「繫上安全帶」，在劇烈碰撞過程中，核心部份的黑洞就不會飛離星系。這項研究解釋了為什麼到目前為止天文學家尚未觀測到有黑洞被拋出星系。
　　當二個星系碰撞時，位於核心的超重黑洞（supermassive black holes）最終會合併。根據廣義相對論，兩個黑洞碰撞時會產生強大的重力波（gravitational waves）爆發，震撼時空的結構。假使爆發是不對稱的，這會給予合併後的黑洞一股動力，如同槍的後座力一般。數值模擬計算的結果，合併後的黑洞會以超過每秒1000公里的速率離開原來的星系。
　　但是天文學家並沒有找到核心缺少黑洞的星系，也沒有找到被放逐的黑洞。法國巴黎天文台Erin Bonning說：「這是一項非常有趣的"沒有發現"，可能有某種機制存在，使黑洞留在星系內。」
　　在個別黑洞的周圍原本就有一個大盤面，當二個星系開始合併時，每個黑洞會從原來的盤面吸取物質而在其赤道周圍形成一個小吸積盤（accretion disc）。由於大盤面的重力作用於每個小吸積盤後，造成黑洞的自轉軸最終會與軌道面垂直，如此一來便使得黑洞合併後的後座力減小而無法離開星系。

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星系合併前、中央超重黑洞先成雙共舞


　　 一組科學家使用超級電腦模擬運算兩個超重黑洞（supermassive black hole, SMBH）碰撞，以形成一個新的、更大的星系的過程，模擬結果報告刊載於6月7日的Science Express。宇宙學家認為這樣持續碰撞合併的複雜過程，正是星系增長的機制。
　　儘管愛因斯坦的廣義相對論在許多地方都已經有了驗證，但其實一項主要的推測--重力波（gravitational waves）的存在卻一直未被證實。因為SMBH是宇宙中重力波輻射最強的來源，所以設定導致二個SMBH合併的必要條件就成為最重要的考量。一對 SMBH會繞著兩者的質量中心運轉。黑洞會不會合併取決於它們能否具備從軌道提取角動量和減少相對距離的機制。一對SMBH可能與附近的恆星或氣體有交互作用，這對黑洞施加了摩擦力，因而從SMBH的軌道運動提取能量，結果造成它們之間的距離逐漸收縮。不確定的是，作用過程的主要因素是恆星還是氣體。
　　塑造星系合併的模型，科學家首先根據觀測事實和理論的預測，修造一個電腦程式。條件例如，所有螺旋星系都被大量延伸的黑暗物質包圍形成星暈，盤面則滿布恆星。必須包括這兩個條件的模型才能首尾一致。
　　當星系模型建立完成，接著必須對星系軌道參數化，引導它們到碰撞的路線。科學家發現在大部分的情況下，當包含著氣體的星系合併時，他們中央的SMBH 將形成一對雙星系統。一旦配成了對，黑洞將持續減少它們的距離，直到像我們的太陽系的寬度一樣。科學家預測：它們到此應該開始產生強重力波。因為重力波放射會從雙黑洞中提取能量，在形成雙黑洞之後的十億年以內，二個黑洞最終將合併。
　　這份研究論文是首度提出星系的合併是跟隨著SMBH對的重力束縛而形成，並且尺度僅數個光年。先前一些研究人員使用超級電腦，在大範圍空間尺度測算了星系碰撞的 SMBH對的形成。除了非常少數的例外，早期的研究沒有探討氣體在駕御SMBH對演變的角色。而理論和觀測的證據確實指出，合併後殘餘的中央區域包含顯著的大量氣體。例如我們銀河這樣的一般星系，在盤面上並不包含這樣顯著的大量氣體，這個現象指出，合併機制對形成這樣結構的重要性。模型因此順理成章地假設，在星系盤存在著大量的氣體就代表能量來源，是哺養中央的SMBH和供給活躍星系核動力的燃料。
　　這項結果對空間雷射干涉儀實驗（Laser Interferometer Space Antenna experiment, LISA）無疑是一個好消息。LISA是一個太空觀測儀，利用雷射干涉技術原理來偵測天文尺度的重力波，是由美國太空總署和歐洲太空局合資運作，預計在 2015 年左右開始進行觀測。因此當然就是觀測SMBH合併的理想選擇。偵測SMBH的重力波不僅提供廣義相對論堅強有力的證據，並且是星系形成與演化過程的重要佐證。
　　我們銀河系將在約30億年後與仙女座大星系碰撞，結果將是星系盤面的支解毀壞而形成一個橢圓星系，現在銀河系正朝向這條路奔馳而去。

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發現最遠的黑洞


　　 一組由加拿大、法國和美國的天文學家組成的聯合團隊宣布：他們發現了迄今最遠的黑洞（black hole），距離地球約130億光年遠。未來的進階觀測，將有助於瞭解宇宙早期的演化狀況。
　　加拿大渥太華大學（University of Ottawa）天文學家Chris Willott等人，利用位在夏威夷冒納基亞山頂的3.6米加-法-夏威夷望遠鏡（Canada-France-Hawaii Telescope），以及新近裝好的MegaCam相機進行「高紅移類星體巡天觀測（Canada-France High-z Quasar Survey，CFHQS）」，尋找遙遠宇宙中，因核心黑洞吞噬大量氣體而異常明亮的黑洞，即所謂的「類星體（quasar）」；最後他們在1000萬顆恆星與星系之中發現4個遙遠的類星體。
　　之後，他們再利用位在智利的8米雙子南座望遠鏡取得類星體的光譜資料，從發射譜線的平移量計算出類星體的紅移值（redshift），然後再由紅移值換算成距離。其中最遠的一顆現在編號為CFHQS J2329-0301（CFHQS為計畫名M，J2329-0301為星體的座標），位在雙魚座方向，紅移值高達6.43，相當於130億光年遠，其中的黑洞質量估計約為太陽的5億倍左右；其他的3顆類星體紅移值也都在6以上。之前的最遠類星體紀錄保持人是2003年發現的SDSS J1148+5251，約比CFHQS J2329-0301近200萬光年。由於宇宙年齡目前的估算約為137億年，這表示CFHQS J2329-0301約在大霹靂（Big Bang）之後的10億年內就已經誕生了。
　　最遠的類星體，等於是最接近宇宙誕生之初的天體，可以讓天文學家直接目睹宇宙最早期究竟發生過哪些事。此外，由於類星體雖然遙遠但非常亮，因此天文學家往往藉以研究類星體與地球之間的氣體性質，看看宇宙早期絕大部分的氫原子是處在原子核已經捕捉到電子而形成的中性原子的狀態，還是電子與原子核是分離的游離帶電狀態，以便確認宇宙「再游離時期（reionization）」究竟是從什麼時候、什麼狀況下開始，以及第一代黑洞和星系的成長過程。

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怎樣才可以在黑洞中活得久一點？



　　如果將來有一天，你在太空中旅行，不小心被捲入黑洞中，無法逃脫，你要如何在黑洞中盡可能延長生存的時間？物理學家說：別笨到想點燃太空船引擎來逃脫，因為事情只會愈搞愈糟。澳洲雪梨大學Geraint Lewis和Juliana Kwan可不信邪！他們嘗試分析這個問題，結果是：最好還是點燃引擎吧！雖然還是逃不出黑洞，但至少可以活得久一點。
　　由於黑洞的強大重力會扭曲時空結構，遠方觀測者觀察物體逐漸接近並穿越黑洞的事件視界（event horizon）時，會感覺時間似乎愈來愈慢，在穿越事件視界時，時間根本就停止了，這個物體似乎就「凍結」在此！
　　但是身在這個物體上的人看到的可不一樣！ 事實上，如果這個黑洞夠大，則太空船穿越事件視界時根本毫無所覺，等到瞭解太空船已身在其中時，神仙也難救了！以星系中心的超重黑洞而言，太空人存活時間僅為數小時而已。
　　Lewis等人指出：許多人直覺上會啟動引擎，希望加速逃離黑洞的魔掌。不過，並不如物理學家之前所言的：愈掙扎、死得愈快。如果通過事件視界時，太空船是靜止狀態，則進入黑洞事件世界範圍內後再啟動引擎，由於無論任何方向、任何軌跡都一定會落往黑洞的奇點（singularity，「奇」的讀音如「基」），啟動引擎後只是加快落入奇點的速度，當然也會死得愈快，所以最好啥事都別幹，等著自由落體落入黑洞。
　　但是若通過事件視界時的太空船速度不為0，情況雖不同，但結果會更糟！這時一定要趕緊點燃引擎一會兒--往原本航行方向的反向加速，以抵銷原本的速度，之後關閉引擎，之後呢？啥事也別幹，等著自由落體落入黑洞，這樣就可以活得久一點。不過，逆向噴射的時間得拿捏得很準，免得衝過頭了，跟原本剛落入的狀況一樣，只是落入黑洞的方向不一樣而已。

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幫黑洞量體重的新技術


　　天鵝座X-1（Cygnus X-1）是1970年代初期第一批被發現的黑洞候選星之一，它是一組雙星系統，包括一顆藍色的超巨星（blue supergiant）與一顆不可見的大質量伴星，距離地球1萬光年。先前的觀測方法估算出這顆伴星約有10個太陽的質量。近來兩位美國航太總署哥達德太空飛行中心（NASA’s Goddard Space Flight Center， GSFC）的科學家Nikolai Shaposhnikov和Lev Titarchuk，利用一項新方法，重新測量了天鵝座X-1黑洞大約是8.7倍太陽質量，誤差約0.8太陽質量之內。這個測量方法最早是1998年由 Titarchuk建議的。
　　最近另一組GSFC的科學家，將Titarchuk的方法利用在歐洲太空局的XMM-牛頓望遠鏡的觀測數據上，發現了中型黑洞（Intermediate Mass Black Holes，IMBH）的存在證據。IMBHs的存在具有爭議性，是因為它們的形成機制至今尚未受到科學界廣泛接受。不過中型黑洞的存在的確可填補從一般黑洞到在大星系核心超重黑洞的廣大空隙；一般黑洞包含了5到20倍太陽質量，是由大質量恆星演化終期收縮形成，如天鵝座X-1；而超重黑洞則擁有數億倍太陽質量。
　　Titarchuk的方法是利用黑洞和它周圍吸積盤之間的關係來推算。環繞著吸積盤運行的氣體最終將螺旋墜入黑洞。當黑洞的吸積速率增加到一個相當高的程度時，物質就在黑洞附近堆積形成一個熱區，Titarchuk將此比喻作交通堵塞。這堵塞位置到黑洞的距離，與黑洞的質量直接相關：質量愈大的黑洞，堵塞點離黑洞愈遠，軌道週期也越長。在這個理論模型裡，在堵塞區域堆積的熱氣體與觀測到的X-射線強度變化有關連性，強度變化呈近似週期性的重複出現。這些類似週期性的強度振盪(Quasi-Periodic Oscillations, QPOs)在許多黑洞系統被發現。QPOs單純、可預測的光譜變化，呼應著黑洞周圍氣體加熱、冷卻的吸積速率變化率。
　　美國航太總署Rossi X射線計時探險衛星(Rossi X-ray Timing Explorer, RXTE) 的精密時間觀測，顯示QPOs的頻率和光譜之間的密切關係，這告訴天文學家黑洞是多麼高效率地發射X-射線輻射。藉由RXTE，科學家推算在銀河其他3處星球質量大小的黑洞的質量，從QPOs計算獲得的結果與從其他技術推算的結果一致。
　　藉由XMM的觀測數據，科學家又推算了鄰近星系中NGC 5408 X-1的質量大約是2000個太陽。這是IMBH迄今最佳的觀測指標。NGC 5408 X-1是個位在1千6百萬年外半人馬星座中的不規則小星系NGC 5408裡最明亮的X-射線源。它的QPO頻率與光度及光譜特性，顯示它是由IMBH提供給能量來源。科學家表示，他們目前有三種方法可用來推算黑洞質量，三種方法的所得結果，在上下兩倍範圍內都吻合；目前雖然無法完全證明NGC 5408 X-1就是IMBH，但是證據的優勢建議它應該就是。

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NGC 6240中正在合併的超重黑洞


　　 NGC 6240距離地球約3億光年遠，其實是兩個富含氣體的螺旋星系正在「合體」的天體。天文學家利用夏威夷凱克2號10米望遠鏡（Keck II Telescope），解析出因合併而促發的大質量恆星星團（右圖中的藍點），並鑑定出兩個星系核心中的超重黑洞特性。這些天文學家預測：NGC 6240中的兩個黑洞，大約在1000萬年～1億年內，就會逐漸接近而合併，製造出非常強烈的重力輻射。右圖左方的綠線長度相當於1600光年。
　　天文學家先前已經利用各種波段觀測過這對合併星系及其中的超重黑洞，不過各波段之間因特性不同，造成觀測結果無法相互連結。凱克2號望遠鏡以自適應光學系統（adaptive optics，AO）以紅外波段進行觀測後的結果，因可穿透塵埃的遮蔽而終於解決這個難題。
　　天文學家認為星系合併是星系演化的重頭戲，可協助天文學家瞭解許多星系的特性，例如：星系中心黑洞的質量與星系本身大尺度的性質密切相關，共同演化假說（coevolution hypothesis）--星系經歷不斷地合併後的結果，便可解釋這個現象。

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利用雲團掩食良機測量超重黑洞吸積盤的大小



　　 美國航太總署（NASA）錢卓X射線觀測衛星（Chandra X-ray Observatory）觀測到NGC1365星系核心超重黑洞（supermassive blackholes）及其鄰近的熾熱氣體盤發生掩食的現象，讓天文學家得以測試先前兩個有關超重黑洞可能引起的效應之關鍵預測。

　　如同月亮遮掩太陽而形成日食現象，得以讓天文學家利用這稀有的機會來學習有關日、月等天體、甚至是相對論有關重力透鏡的知識一樣，只是這次的掩食發生在6000萬光南遠的NGC 1365星系中心的超重黑洞上。

　　NGC 1365被天文學家歸類為所謂的「活躍星系核（active galacticnucleus，AGN）」，科學家相信它的中心有個質量非常龐大的超重黑洞會穩定的吞噬它周邊吸積盤（accretiondisk）中的物質，在此過程中，這些落入黑洞事件視界（eventhorizon，黑洞的勢力邊界）之前的物質被加熱到數百萬度的高溫狀態而釋放出大量X射線；這些非常明亮的天體是天文學家研究早期宇宙的絕佳實驗室。不過，這個熾熱氣體形成的吸積盤非常小，一般的望遠鏡無法直接解析出來，天文學家一直苦無他法。現在，這些科學家終於可以利用介在黑洞與望遠鏡之間的雲團經過吸積盤前方的掩食時間來測量這個吸積盤的大小。

　　錢卓的資料直接測量X射線源的大小約為7AU--即地球到太陽平均距離的7倍。這表示這個X射線源的大小只有NGC1365星系的20億分之一而已，也只比估計的超重黑洞事件視界的直徑大10倍而已，但是這個結果其實與理論預測相當符合。這些科學家估計，現在所看到的吸積盤中的物質，大約再過100年左右，就會消失在黑洞的事件視界中--這對宇宙而言，如同眨眼般短暫。

　　除了吸積盤大小外，這些科學家還利用錢卓資料估算掩食黑洞的緻密氣體雲的位置--大約距離超重黑洞事件視界約0.1光年遠，比一般想像的還近了300倍左右。

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天文學家在牧夫座中發現1000多個超重黑洞


　　天文學家在一幅深空全景影像中，發現上千個超重黑洞（supermassive black holes）；這些發現，使得天文學家得以一瞥這些巨獸成長的過程及環境。
　　當物質以高速落入星系中心超重黑洞的過程中，會產生大量輻射和光，因此可在不同波段偵測到這些輻射。含有這種活躍的超重黑洞的系統稱為「活躍星系核」（active galactic nuclei，AGN）。這些AGN由於非常明亮，即使在很遠的距離外，仍可在短時間曝光下顯現蹤影，因此天文學家們決定跳脫傳統深入研究很小一片天區的觀測研究窠臼，改以大面積、短時間曝光的方式掃瞄天空，搜尋這些AGN。
　　上方這幅深空全景影像結合了錢卓X射線觀測衛星（Chandra X-ray Observatory）、史匹哲紅外太空望遠鏡（Spitzer Space Telescope）和數座地面光學望遠鏡的牧夫座方向觀測資料；天文學家在其中發現了上千顆許多星系中心有質量是太陽的數億倍到數十億倍重的超重黑洞。影像長寬約9.3平方度，相當于滿月（圖左下角）面積的40倍。
　　現行一項公認的理論認為：超重黑洞周圍通常會環繞一個甜甜圈狀的氣體環狀圓盤（torus），然而這項新的搜尋工作，對於這項理論卻頗多質疑。因為地球上的觀測者會因這個圓盤的朝向不同，按理來說會看到不同範圍大小的圓盤結構，所以AGN黑洞的光譜應該會顯現出受到不同的吸收程度，有些恰好圓盤正面面對的則完全沒有吸收，有些圓盤恰好側面面對地球的則顯現完全被遮蔽的現象，其他絕大部分黑洞則介在這兩個極端之間。被圓盤完全遮蔽的AGN會完全觀測不到；而如果是部分遮蔽者，則皆可觀測到它們的存在。結果，這些天文學家發現：幾乎所有發現的黑洞若非完全裸露，就是被濃厚的氣體遮蔽，只有極少數黑洞介在這兩者之間，讓天文學家開始懷疑他們對黑洞周邊環境的認知是否出了什麼問題？
　　此外，他們可從史匹哲的紅外波段中的天體顏色區分出是星系還是恆星，然後再從錢卓和其他可見光觀測中判定這些天體是否為AGN。這種多波段搜尋方式對於發現被遮蔽的AGN特別有效。結果在離地球約110億光年遠的地方，他們總共發現了600多個被遮蔽的AGN，還有700多個沒有被遮蔽的AGN。在宇宙早期發現數量如此多的超重黑洞，讓這些天文學家相當興奮，因為他們可以用數量最多的樣本數來瞭解宇宙早期的狀態，從而瞭解宇宙演化的歷史。