互动科普

星系的中心也有一个黑洞吗？

如前两页所介绍的，在一个很小的区域内集中了巨大的质量，这是存在黑洞的必要条件。根据广义相对论和恒星演化理论预言的黑洞全都是最大只有太阳质量十几倍的黑洞。

然而在20世纪60年代以后，科学家把利用各种不同波长的光（电磁波）进行观测所得到的结果综合起来进行分析，陆续查明在许多星系位于中心的一个非常小的区域存在着“某种正在喷射出喷流的具有巨大质量的东西”。科学家推测它们的质量达到了太阳质量的100万倍以上，应该是一些超大质量黑洞。

近年来，科学家认为在我们银河系的差不多位于中心的一个区域也应该存在着一个超大质量黑洞。而且，科学家还查明星系之间互相融合生长的过程同超大质量黑洞有着密切的关系。例如有研究指出，星系中心的鼓出部分（星系核球）的质量越大，被认为是中心区域的黑洞的那个天体的质量也越大。

图. 我们的银河系内也有一个超大质量黑洞？

上面给出的是被认定为超大质量黑洞的“人马座A*”（图中央的明亮区域）周围的由计算机模拟实验绘制得到的图像。模拟实验根据的是对人马座A*周围的那些恒星进行的近20年跟踪观测的结果。图上蓝线表示恒星的轨道，标出的天体是它们在2011年的位置。知道了这些恒星的质量和轨道形状便可以推算出在中央的多大区域集中了多大的质量。计算结果表明，人马座A*应该是在比地球到太阳的距离还要小的区域内集中了大约400万倍太阳质量的一个天体。

图上的红线表示的是一个正在向人马座A*接近的气体云的轨道。估计2013年以后，这个气体云的一部分将会被黑洞吞噬。制作这幅图像的数据采用的是位于南美洲智利的欧洲南天天文台的大型望远镜“VLT”进行红外线观测得到的结果。

黑洞有可能并不存在

直到现在，关于黑洞的存在仍然没有直接的证据。认为在现实宇宙中有这种不可思议的天体存在，说到底不过是根据间接证据所作的一种理论推测。例如，我们可以根据现有的理论计算出从一颗恒星演化为一个黑洞的过程。然而，从理论上考虑其实也有“不能形成黑洞的可能性”。

那么，究竟怎样才能够形成黑洞呢？根据理论分析，只有质量超过太阳质量约25倍的恒星才能够最后变为黑洞。当一颗恒星为发光提供能量的核燃料被耗尽时，恒星的抗衡它自身巨大引力而不致坍缩的那种内部压力便会减弱。到最后，在自身引力的挤压下，连恒星的中心核也会轰然坍缩（引力坍缩）。坍缩的结果是产生一个密度为无穷大的“奇点”，并在其周围形成一个连光也不可能逃逸出去的叫做“事件视界”的边界。这就是黑洞。对这个过程进行计算必须用到处理引力的精确理论广义相对论的爱因斯坦方程以及其他理论工具。

日本立教大学理学部的原田知广博士对爱因斯坦方程和黑洞的关系进行过深入研究。他指出，由爱因斯坦方程得到的解也有可能是“乍看起来像是黑洞的其他天体”。例如，如果假定引力坍塌进行得比较缓慢的话，计算结算表明，由于微观世界特殊的引力效应，物质也有可能不是坍缩为一点，而是成为能够保持一定形状的一颗极暗的“黑星”。此外，理论计算的结果还有可能是一个密度为无穷大但是却没有事件视界的“裸奇点”，或者根本不是奇点而是做超高速自转的一个具有有限密度的叫做“超磁旋体”的天体。

现实情况是，这些由爱因斯坦方程导出的其他天体全都没有得到观测证据的支持，因此主流看法仍然是“存在着黑洞”。不过，另一方面，在理论上提出的几种计算方案得到了虽然看起来像是黑洞然而却不是黑洞的天体，这也是事实。

（本文发表于《科学世界》2012年第8期）