互动科普

这些黑洞既不太大，也不太小，属于新的一类黑洞。

天文学这门科学中充满了种种极端事物，也就是迄今为止人们所知的最大，最远，最老最热，最冷，最密和最空的东西。但最近天文学家却发现，最奇异的一类天体似乎属于中等大小。这就是中等尺度的黑洞。

按照一般天文学教科书的传统说法，黑洞分为两类。一类黑洞具有普通恒星的质量，这类黑洞是在行将灭亡的恒星内爆时形成的。另一类黑洞具有大约l0亿颗恒星的质量，其形成机制现在还不确切了解。然而，过去几年中，天文学家们证明存在着一类1百到1万个太阳质量大小的黑洞。英国莱塞斯特大学的Martin J. Ward说，“这类黑洞也许是连接我们已经熟知的一类黑洞(即具有普通恒星质量的黑洞)以及我们自以为已经了解的一类黑洞(即超大质量黑洞)的桥梁。”

20世纪80年代中期，若干在轨道上运行的观测装置开始注意到天空中有一些X射线波段上辐射能量的神秘的点状天体。这些点状天体的亮度超过已知的恒星质量黑洞，但比不上活动的超大质量黑洞。根据表面上的情况来判断，这些黑洞的亮度意味着它们具有大约1百个太阳的质量。如果质量低于此值，这些天体的引力将无法与光的向外的压力抗衡。这样，无论它们是什么天体，都将在爆炸中四分五裂，彻底解体。据约翰-霍普金斯大学的Edward J．M．Colbert说，现在天文学家已经知道200多个这类“中等光度X射线天体”(IXO)。天文学家们已经考虑过的旋涡星系中，半数至少都有一个IXO。

2000年秋，3个研究小组(分别以卡内基——梅隆大学的Richard E Griffiths，哈佛—史密森天体物理研究中心的Philip Kaaret以及麻省理工学院的Hironori Matsumoto为首)宣布了Chandra卫星对最亮的一个IXO(位于M82星系)的观测结果。如果有人曾以为提高分辨率就能解决IXO之谜，因为IXO将被证明是若干紧紧挤成一团的普通天体，那他们是想错了。虽然Chandra卫星的确观察到一团天体，但这团天体中至少有一个成员仍然符合IX0条件。这个天体显然远离M82星系的中心，这就证明它不是一个休眠的超大质量黑洞，否则它很快就会沉到中央。此外这个天体也远离射电与红外源，这就证明它不是超新星爆发的残骸。否则，它将发出多种波长的辐射。

Kaaretd小组还以为他们发现了持续约lO分钟的闪烁现象(flickering)。这意味着该天体的大小在10光分，因此构成了它是中等尺度黑洞的证据之一。美国航空航天局(NASA)为此特地召开了一次新闻发布会大吹大擂。谁知两个星期后这一闪烁被证明是仪器造成的一种假象。但此时NASA却默不做声。

其它研究小组测量了各种IXO的X射线谱，发现它们在两种模式(亮而冷以及暗而热)之间反复转换。已知的黑洞恰好就足如此。然而，直到不久前，黑洞假说仍然存存一个问题：黑洞越大，它吞食物质的范围就越宽。因此，它周围的物质盘离它也就越远，从而也越冷；但IXO实际却比普通恒星质量的黑洞还热。对于这个问题，日本京都大学的Kenya Watarai和他的同事们提出了一个解决方案：黑洞周围的物质以极高的速率掉入黑洞中，因此物质盘实际上向内推进了。振荡的速率则圆满地解释了3个IXO的光度和温度的变化。 

对于理论家们来说，中等质量属于“无黑洞地带”。死亡的恒星可能留下一个充其量有15个太阳质量大小的黑洞。更重的恒星不一定产生质量更大的黑洞，因为这些恒星在其活跃的一生中往往会失去部分质量。黑洞的另一个极端是早期宇宙中气体云坍缩成1OO万个太阳质量，甚至更大质量的黑洞。中等大小的黑洞，或许是因为星团中的恒星相互合并或者具有恒星质量的黑洞的互相合并而形成的。研究人员已在M82星系中发现了这种过程的一些证据。但是，中尺度的黑洞也可能产生于第一代恒星的坍缩。这些恒星由于在宇宙的较早时期形成，因此，多半属于巨星一族；然而所有这些解释以及其它种种解释都不是无懈可击的。空间望远镜科学研究所的理论家Roeland Vander Marel说，“我该为理论上的含混不清表示歉意，这个领域还没有形成一种模式，然而这也正是它令人感兴趣的原因。”

本照片展示出了一个距M82星系中心（绿色十字所示）约60C光年的黑洞，3个月后该黑洞更亮了，而它在左边的3个光斑却暗淡下去。据认为这些光斑是小黑洞。

        郭凯声／译  冉隆华／校