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    黑洞,星系及我们

     

    美国宇航局公布的黑洞攻击星系的实景照片。

    美国宇航局公布的黑洞攻击星系的实景照片。
    美国宇航局公布的黑洞攻击星系的实景照片。

    美国宇航局公布的黑洞攻击星系的实景照片。

        新华网华盛顿12月17日电(记者张忠霞)美国宇航局17日发布报告称,天文学家发现某大型星系通过其中心的超大质量黑洞喷射强大的射流,冲击附近的一个较小星系,这是人们首次观测到星系间的黑洞射流冲击现象。

        美国宇航局天文学家在报告中说,这一双星系系统名为3C321,两个星系相互绕行,相距约两万光年。根据美国宇航局“钱德拉”X射线太空望远镜的观测,两个星系的中心都有一个超大质量黑洞。但“大个儿”星系厉害之处在于,有一股强大的射流从它的黑洞区域喷射而出,“小个儿”星系只有接受被“欺侮”的命运。

        “我们曾观测到许多由黑洞发出的射流,但这还是第一次看到一股射流猛烈冲击另外一个星系。”观测小组负责人丹·埃文斯说。

      通常,超大质量黑洞发出的射流含有高能X射线和伽马射线,产生的辐射量巨大。超强的辐射加上几乎以光速运行的高能粒子,使得黑洞射流所经之处破坏严重,例如一些行星经射流冲击后,大气层可能遭受严重破坏。

      不过,对“小个儿”星系来说,“挨打”倒不一定全是坏事。天文学家分析说,在射流最初的破坏活动过后,它带来的强大辐射和高能量可能会在这个星系中促使大量新的恒星和行星形成。

      天文学家说,黑洞射流冲击邻近星系是十分罕见的天文事件,他们将借此研究射流在冲击星系之后的能量损失、路径改变等情况。

      除“钱德拉”之外,天文学家在观测中还借助了“哈勃”太空望远镜、“斯皮策”太空望远镜以及架设在美国的“甚大阵列”射电望远镜和英国的“ 默林”射电望远镜。

    黑洞吞噬恒星
    (在黑洞面前,恒星最多只算是一块小点心了)

    科学家首次观测到黑洞吞噬恒星全过程(图)

        这张艺术想象图显示,在遥远星系中央的巨大黑洞正在吞噬残余星体。图片来源:美国宇航局网站

    科技时代_科学家首次观测到黑洞吞噬恒星全过程(图)

        星系演化探测器,世界唯一的紫外线太空望远镜,能观测到离地球70~80亿光年以上高温星体发出的紫外线。图片来源:

    美国科学家表示,他们利用国家航空和宇宙航天局的旋转电波望远镜发现一个巨型黑洞。在距地球40亿光年的一个星系中,黑洞呈现出令人恐怖的景象,一颗正被黑洞"撕裂"的恒星深陷其中。

      过去的两年中,科学家们一直在监测这一壮观的天体现象。陷入黑洞之中的恒星位于牧夫星群,随着时间的推移,恒星正逐渐被黑洞引力所撕裂。

      科学家使用国家航空和宇宙航天局的星系演化探测器,即旋转电波望远镜,探测到两束紫外光线波段的光芒,进而探究发现,紫外光线是从一个遥远的椭圆星系发出的。

      在一次采访中,发现这一现象的科学家格达瑞描述说:"紫外光是从一颗恒星表面发出的,这颗恒星正被一个巨型黑洞吞噬、撕裂"。

      他同时解释说:"这是我们第一次详细探测到此类天体现象发出的辐射光线。恒星靠近星系中央的黑洞并被其吞噬的现象10000年才可能出现一次"。

      在每个星系的核心区域,均会存在一个巨型黑洞。格达瑞说,比如,我们所在的银河系中,其中心区域就存在着一个巨大休眠黑洞。

      针对牧夫星群这颗恒星的不幸遭遇,科学家们表示,这颗恒星偏离了其原来的轨道,太过接近于星系中央的黑洞,从而被黑洞的巨大引力所吞噬。由于黑洞的巨大引力作用,这颗恒星被极度扭曲,紧接着完全为黑洞所吞并。在这一过程中,发出了闪亮的紫外线光芒,亦即我们的卫星所探测到的紫外线波段。

    钱德拉X射线太空观测站的艺术设想图。

        浩渺宇宙中,一颗恒星偏离了原来的轨道,闯入了黑洞的禁区,结果就在黑洞巨大引力作用下不断伸展,被撕扯得四分五裂,直至被完全吞噬。曾几何时,上述颇具科幻色彩的场景是很多人对“黑洞”的设想,相当多的天文观测表明黑洞会吞噬掉它周围的物质,这也是科学界的主流观点。
        然而,10月13日美国宇航局钱德拉信息中心的一份报告称,借助美国宇航局的钱德拉X射线太空望远镜,天文学家们在黑洞“半人马座A*”(SagittariusA*)周围区域发现了一个环形新生恒星带,证实银河系中心大黑洞附近的环境有助于催生新的恒星。这一天文新发现将刊登在近期出版的《皇家天文学协会月报》上。
        这一新的发现是否意味着传统的黑洞吞噬说将被新的发现所“吞噬”?国家天文馆的专家在接受本报记者专访时表示,虽然黑洞周围催生新恒星有着特定的条件,但这一发现对于黑洞和恒星的研究仍然具有突破性意义。钱德拉太空观测站拍摄到的半人马座星云图。“半人马座A*”黑洞及其周边“恒星环”的模拟图。
    发现“钱德拉”射穿“半人马”
      “世界上有两件东西能够深深地震撼人们的心灵,一是我们心中崇高的道德准则,一是我们头顶上灿烂的星空。”哲学家康德这样表示对宇宙星空的崇敬之情。而人类对“天”的探索从来就没有停歇过,来自宇宙的新信息不断改变着人们对宇宙、对自我的认识。
      美国宇航局钱德拉信息中心利用绕地球轨道运转的钱德拉X射线太空望远镜观测到,在银河系中心的黑洞“半人马座A*”周围距离一光年的区域,一个巨大的碟状星际尘埃云团正孕育着大量新生恒星天体,这些新生恒星构成了一个“环”。根据目前的观测结果,至少已发现有50到100颗质量巨大的新生恒星。

        半人马座A位于南天的半人马座内,大小约有60000光年,用双筒望远镜就能看见它。穿过星系中心的壮观尘埃带是半人马座A的标志,这些尘埃带是如此厚实,在可见光波段,它们几乎完全遮住这个星系的核心。因为半人马座A是个巨大的椭圆星系,也具有众多的红色恒星,照理说应该含有极少量的尘埃,所以它的尘埃带是个很不寻常的特征。半人马座A又称为NGC 5128,除了上述的尘埃带外,它和一般的椭圆星系比起来也含有较高比率的蓝色年轻恒星,而且是很强的电波辐射源。证据显示半人马座A可能是两个正常星系互撞的产物。在碰撞的过程中,造成许多年轻恒星的诞生,但是半人马座A不寻常尘埃带是如何形成的,细节仍然有待进一步的探索。半人马座A距离我们只有1300万光年远,因此是离我们最近的活跃星系。

      遮掩在厚厚的尘埃带后,巨大椭圆星系半人马座A的核心,在可见光波段通常隐而不显。在浩渺的宇宙空间中,半人马座A距离地球约1100万光年,被称为离我们最近的活跃星系。尽管是一活跃的星系,但之前,半人马座A却是天文学家不可攻克的难关。
      国家天文台科技计划处处长薛随建研究员告诉记者,半人马座A位于南天的半人马座内,在天文学上,早有预测半人马座A可能藏着一颗100万倍太阳质量的黑洞。但厚实的尘埃带是半人马座A的一大特色,而另一特点便是拥有许多X射线辐射源,以及一个弥漫的X射线光,这使得在可见光波段半人马星座隐而不显,要观测到它的动态就必须要用X射线波段。


      “此次‘钱德拉’X射线太空望远镜正好是在X射线波段工作,同时又具有高的空间分辨率、光谱分辨率,因此恰能发挥出它的功效。”薛随建解释了新发现的原因。
      “这次观测的最大突破就是天文学家观测到在黑洞的附近也有恒星物质的较稳定存在。这些恒星呈环状出现,其实这一环状就是天文学上的‘吸积盘’。”薛随建解释道,所谓“吸积盘”,是指围绕着黑洞高速旋转的漩涡状结构。
      一般认为,黑洞被“吸积盘”环绕。“吸积盘”在摩擦力与潮汐力的作用下会变得非常炽热,温度达到数百万度,并释放出高能辐射,如X射线等,这也是天文学上能够观测到黑洞的依据。“恒星等会被黑洞的巨大引力所撕裂,这是长久以来形成的共识,但观测的结果却让我们看到了硬币的另一面。”

    半人马座是南天最耀眼的星座之一。除了美丽的银河,蜿蜒穿过这个大型的星座外,星座内的天文奇景还包括离太阳最近的恒星----南门二、银河系最大的球状星团----Omega Centauri、和最近的活跃星系----半人马座A。下面这个编号为ESO 269-57的壮丽星系,具有由明亮蓝色星团所构成的紧密漩臂,它也是位于半人马座内。这个面向我们的螺旋星系,距离约有一亿五千万光年,而大小有二十万光年(我们银河系为10万光年)。它的前方有一层由我们银河系内恒星所形成的“星纱”。较明亮的前景恒星,因为望远镜成像的特征而产生的绕射星芒,以及数字相机饱和像素所产生的黄色垂直斑纹。
    这张影像是由欧洲南方天文台的极大口径望远镜所拍摄,在影像的背景,我们也可以隐约看到许多较远和暗淡的星系

    说法:黑洞催生恒星要有条件
      黑洞会将一切靠近它的物体吞噬,那么美宇航局的新发现又是怎么回事?
      对这一新现象,天文学家给出了两种猜想。一是黑洞附近星际尘云的引力抵消了黑洞的吸引力,构成比较安定的环境,从而有助于新恒星诞生;另一种解释是这些新恒星是在其他地方诞生的,被黑洞的引力“拉”了过来。
      以英国莱斯特大学天文学家纳亚克申为首的天文学家排除了迁徙说,因为他们只观测到约1万颗的小质量恒星,但如果是从其他地方迁徙过来的则小质量恒星的数目应该不少于100万颗。对此,薛随建也表示,此次在黑洞附近发现新恒星,观测上排除了“捕获”恒星说,因此很可能是周围吸积盘上诞生的恒星,而不是由别处“迁徙”而来。
      “不过,这一天文新发现并不能完全将之前的黑洞吞噬说推翻,毕竟这是个别现象而不是普遍现象,要对此现象下一确切的结论还要留待以后更多的天文观测结果来证明。但这毕竟是我们天文学上的一个突破。在此之前,我们知道形成新恒星的气体和尘埃云会被这个中心黑洞吸引进去,无法维持新恒星形成的稳定环境,但此次的观测却找到大量体积较大的新生恒星在黑洞附近区域产生的证据。”薛随建认为,目前可以肯定,黑洞催生新恒星的诞生肯定是有条件的。“因为如果黑洞附近的吸积盘不够大,完全受黑洞引力摆布的话,不易形成新的恒星;但是如果吸积盘足够大,其自身引力由于抵御黑洞引力所产生的物质湍动,可使气体盘局部的物质密度达到形成恒星的临界密度,因而触发恒星形成。”对此,北京师范大学物理系刘辽教授也表示,由于“半人马座A*”是一巨大的黑洞,它这一特殊的天体环境容易形成恒星。
    挑战:大质量恒星有新“产床”
      恒星在古代的天文学家眼中,在星空的位置是恒定的,因此给它起名“恒星”。其实它们在不停地高速运动着,比如太阳就带着整个太阳系在绕银河系的中心运动。
      薛随建向记者解释了恒星产生的奥秘:“恒星诞生于由星际物质凝聚而成的星际气体云,它们一般分布在星系盘面附近,几乎是一个自引力系统。如在我们的银河系中的银盘内,特别是在旋臂区域内,是大量气体云集的地方。”此次,钱德拉望远镜对银河系中心黑洞的观测使天文学家推测,黑洞周围的环境,与一般恒星诞生的星云环境大不一样。黑洞引力的影响,可能有助于构成恒星的物质快速凝聚,因此新生恒星中各种星体的比例也不寻常,大质量恒星的比例可能远高于普通星云中诞生的恒星。
      对此,薛随建表示:由于黑洞附近的特殊环境,此处形成的恒星质量分布关系与通常恒星肯定会有不同。“但如何能够产生更多大质量恒星的比例,据我所知,仅是定性推测,尚且缺乏具体定量计算的依据。不过,无论是哪种原因促使大质量恒星诞生,此次新的天文观测结果,都会让研究恒星形成过程的科学家们得到一些新的启发。”
    ■黑洞简史
      黑洞,是时空的一个区域。这个区域内的引力极大,以至于任何东西,甚至光都不能从中逃逸出来。这曾是天文学上的共识。一旦有星体出现在黑洞附近,也往往被称为“逛入了一个错误的地带。”因此,长期以来“黑洞吞噬说”便成为人类解读黑洞的一个突破口。
      中国科学院理论物理研究所研究员张元仲告诉记者,黑洞吞噬说几乎是和黑洞的定义并存的。“黑洞并不能顾名思义地解释为是个大黑窟窿。‘黑洞’是根据广义相对论预言存在的天体,它凭着自身的引力把包括光在内的空间中的一切‘禁闭’起来。”
      张元仲进一步解释,无论是理论物理学还是天文学方面,对黑洞的认识都源自于它的吞噬性。黑洞的提出可以追溯到牛顿时代。当时拉普拉斯等人根据牛顿理论提出了黑洞的假设,后来爱因斯坦、霍金等都是黑洞学说发展中标志性的人物。
      1975年,物理学家霍金以数学计算的方法证明黑洞由于质量巨大,进入其边界的物体都会被其吞噬而永远无法逃逸。不过去年霍金公开修正了他的学说,认为黑洞并非只是吞噬物质,也会把一些曾被它吸入的物质信息向外界释放。
      本版采写:本报记者李健亚 实习生林越

    钱德拉X射线太空观测站于1999年发射到太空,为人类提供了许多关于黑洞、中子星,γ射线爆发和超新星等高能天体现象的研究材料。

    “半人马座A*”黑洞及其周边“恒星环”的模拟图。

    大熊座星系中央黑洞,这是迄今发现的最庞大的黑洞,其质量是太阳质量的100多亿倍。

    这张是我们的银河系:

    图:从边缘处看到的银河系模型。球状星团散布在银河系中心部分的四周。

    银河系中央神秘小型黑洞能将行星喷射出银河系。

    我们的太阳

     

    美国宇航局的“太空”网站和“美国在线”网站联合主办的由公众评选十佳太阳照片的活动落下帷幕,10张最佳太阳照片在网上公开。

    由美国宇航局和欧洲太空总署联合发起的“太阳和日光层观测”(SOHO)工程已有近8年观察太阳活动的历史,但这个旨在探测太阳活动情况的工程也曾有过3次几近“夭折”的纪录,大难不死的它迄今为止已提供了许多至关重要的可能会摧毁卫星,破坏高压输电线网 的太空气候变化的预报。科学家高度称赞了SOHO,说它的预报避免了经济损失和破坏的发生。今年12月2日是SOHO成立8周年纪念日,为了以示庆祝,SOHO团队组织了这次网上投票活动,让公众从网站所公布的30张太阳照片中选出10张他们最喜欢的照片,但每名投票者只能选5张。

    美国宇航局戈达德太空飞行中心SOHO工程的媒体专家斯蒂尔·希尔说:“虽然选择这些照片并不是为了展示它们的科学影响和科学价值,但这些图片有助于公众关注宇航局和其他国家的宇航机构在观测太阳时太阳出现的多样性和令人吃惊的视觉效果。它们也代表着太阳的动态自然状态和变化以及太阳对太空气候的巨大影响。我们希望这些照片可以激发公众了解太阳和探索科学领域的热情。”

     

    美国两家网站联合评选出十佳太阳照片,图为排名第一的照片。

    第一名:47.8%的选票

    当然了,太阳是热的。科学家通过观察太阳在特定温度下各种化学物质的喷发现象,就可以更好地了解太阳的活动。这个橙色星球因此变成了一个多彩的实验室。这张由SOHO远紫外成像望远镜(EIT)拍摄的照片其实是由三种不同波长的照片合成的,每张照片的太阳特征都有其独特之处。它揭示了在三种温度超过180,000华氏度(100,000摄氏度)的状态下电离铁的活动情况。

     

    美国两家网站联合评选出十佳太阳照片。图为排名第2的照片。

    第二名:得票率46.7%

    这张反映太阳爆发的照片让你意识到谁是太阳系的老板。地球是有意加上去的,意在显示两者的比例。这张照片拍于2002年7月1日,清晰地展示了180,000华氏度(60,000)的电离氢的状态。

    美国两家网站联合评选出十佳太阳照片。图为排名第3的照片。

    第三名:得票率24.3%

    这是由EIT拍摄的太阳磁暴的情景,摄于1999年9月14日。它显示的是电离氢在180,000华氏度的高温下喷发。

    美国两家网站联合评选出十佳太阳照片。图为排名第4的照片。

    第四名:得票率23.1%有时候,太阳看上去象发怒的样子。这张在1999年7月1日拍摄的照片纪录了电离铁在180,000华氏度高温下喷发时的情景,从中可以看到日冕和磁圈。

    美国两家网站联合评选出十佳太阳照片。图为排名第5的照片。

    第五名:得票率21.3%

    这张照片摄于2000年“巴士底纪念日(7月14日)”,从中可以清楚地看到耀斑。太阳活动处在高峰期,产生的太阳暴会使地球上卫星和地表通信暂时中断。

    美国两家网站联合评选出十佳太阳照片。图为排名第6的照片。

    第六名:得票率19.2%

    太阳这种猛烈的大喷射显示受热后的气体喷向太空,太阳出现耀斑期间,有时候会把一些喷射物吹到外层空间,这些物质在18到3天不等的时间内可以抵达地球,产生极光,对卫星通信构成威胁。这张照片是2002年1月4日拍摄的。

    美国两家网站联合评选出十佳太阳照片。图为排名第7的照片。

    第七名:得票率17.6%

    从这张照片可以看出,风暴吹扫太阳表面。这天是1998年11月9日,太阳似乎显得特别有劲,其表面更亮的区域是太阳活跃区。

    美国两家网站联合评选出十佳太阳照片。图为排名第8的照片。

    第八名:得票率18.3%这张照片摄于2003年3月18日,拍到了极为罕见的两个喷发突起物,每一个太阳突起物的高度都大约是地球直径25倍。

    美国两家网站联合评选出十佳太阳照片。图为排名第9的照片。

    第九名:得票率15%

    这不是DNA,它是1998年6月2日拍到的一次罕见但非常清晰的太阳螺旋状日冕喷发。

    美国两家网站联合评选出十佳太阳照片。图为排名第10的照片。

    第十名:得票率13.8%或许太阳知道地球人最想看到什么。这张照片摄于2000年2月27日,被科学家们称为"灯球"喷发,从中可以看到这种喷发的三个部分。