互动科普

1999年7月23日，跟随哥伦比亚号航天飞机上天的钱德拉X射线天文台（Chandra X-ray Observatory，CXO），利用迥异于可见光的X射线波段“天眼”，年复一年地扫视着星际深处，并为人类描绘出一幅幅从未被“看见”的宇宙图景。

距我们最近的超级黑洞

人马座A*，位于银心（银河系的中心），是著名的天文射电源。如果这些辐射分布在可见光波段，那么它的亮度将达到满月（约-12.7等）的20倍，从地球看来，它将成为仅次于太阳的最亮天体。

虽然人马座A*迟至1974年才被发现，但它很快就成为了天文学家竞相研究的热点。原来，根据周围恒星高速绕转（恒星S2绕它旋转的速度高达5000公里/秒）等现象，科学家们推断，人马座A*很可能就是银河系的正中心。人们知道，星系的正中心很可能存在着质量巨大的致密天体，加上人马座A*又不发出可见光，只是发出高频射线，因此这颗超大质量、密度极高、肉眼不可见的天体，极有可能是天文学家一直在苦苦寻觅的黑洞！

而且，它还不是一般的黑洞。根据观测结果，科学家们计算出它的质量高达（431±38）万个太阳质量，这大大突破了“正常黑洞”的质量范围（太阳质量的10倍以下），成为了“超大质量黑洞”。虽然它比某些规模更加惊人的超大质量黑洞（如NGC 1277内部的黑洞，约为太阳质量的170亿倍）要小得多，但它毕竟是离我们最近的一个超大质量黑洞了。

“银河系中心的超大质量黑洞”，这就是人马座A*成为学界热点的重要原因。而要精细观测这个高强度的高频射电源，CXO自然是再合适不过了。

CXO对人马座A*及周边地区进行了持续约100万秒（约两周）的连续观测，生成了这张前所未有的银心图像。可以看到，在人马座A*附近的超新星爆发后的残骸，和向黑洞两侧延伸十几光年的高温气体形成的叶状结构（它证明在过去的一万年间，曾经有过数次强力的喷发）。图中还包括一些神秘的X射线丝，其中一些可能是某种巨型磁性构造与高能电子流（由快速旋转的中子星发出）相互作用的结果，这被称为是“脉冲星风星云”(pulsar wind nebula）。

距我们最近的超级黑洞

行星状星云与恒星演化

这4张图片，是科学家们对NGC 6543（俗称猫眼星云）、NGC 7662（俗称蓝雪球星云)、NGC 7009（俗称土星星云）和NGC 6826（俗称眨眼星云）首次进行比较系统的调查时所拍下的。它们都是行星状星云，离地球都不到5000光年，发出的X射线被CXO捕捉到，被处理成紫色；而发出的可见光则被HST（哈勃望远镜）捕捉到，最后合并处理成本图。

行星状星云代表了恒星演化的一个阶段，太阳大概再过几十亿年就能亲自体会到了。当一颗恒星像太阳那样用尽了核心部分的氢，它就将膨胀为巨大的红巨星，半径也将增大10倍至数百倍。在这个阶段，恒星的外层物质几乎散失殆尽，只留下一个炽热的核心，之后很快会收缩成为致密的白矮星。这时，一股高速的“风”从炽热核心吹出，冲入白矮星的“外层大气”并把它继续向外推，结果就形成了可以用光学望远镜观测到的美丽的壳形、呈丝状的结构。

这次的调查显示，行星状星云会发射X射线，这些X射线会在星云中发生漫反射，大约有30%能被CXO观测到。数据显示，大部分行星状星云的X射线影像都展现出了密实的壳和鲜明锐利的轮廓，它们由暗淡的光晕所包围，这是由于快速的“风”撞击外层大气时产生的冲击波导致的。经观察，所有这些密实的壳的年龄都不超过5000年，这很可能表示了强烈冲击波发生的时间。

在研究对象中，约有一半的行星状星云的X射线点源在该星云中心。除了一个例外，其余所有的点源都表明，这些高能X射线可能是由于一颗伴星引起的，未来的研究将帮助进一步澄清双星在确定行星状星云的结构和演化中所扮演的角色。

 行星状星云

兄弟齐心，其利断金

CXO具有独特的X射线“慧眼”，能够“见人所未见”，堪称一绝。但是，集体的力量才是无穷的。比如，CXO隶属于美国“大天文台”计划，而它的兄弟们也个个身怀绝技。

2009年，“大天文台”计划中仍在轨服役的3大高手，即SST（斯皮策太空望远镜)、HST（哈勃望远镜）和CXO，联手拍摄了一幅银心的照片。这个区域，正是本文开头所说的人马座A^*及附近天区。

这张史上最清晰的银心照片，令人印象深刻。它是由SST拍摄的红外波段（处理为红色）、HST拍摄的近紫外波段（处理为黄色）及CXO拍摄的X射线波段（处理为蓝色）合成的。

这张看起来很美的图像其实是任何光学望远镜都永远拍摄不出来的—3台太空望远镜，用的完全不是可见光的波段（就连主要进行可见光观测的HST，也跳过了可见光波段而选择近紫外波段进行拍摄）。能在这张照片上成像的所有电磁波（已经不是“可见光”了），就算进入人眼，也依然无法被我们感知，更不用说形成图像了。而SST、HST和CXO三强联手，硬是“无中生有”地为我们呈现了这幕视觉盛宴。

银心照片

（本文发表于《科学世界》2013年第8期）