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美科学家宣称破译黑洞从星系逃逸奥秘

[2007/8/1]
北京时间5月31日消息,据国外媒体报道,在美国天文学会近日举行的一次会议上,马里兰州大学的天文学家宣称他们目前已经基本破译了黑洞从星系逃逸的奥秘。星系很可能就是逃逸黑洞的潜在发射平台,这也可以解释为何黑洞逃逸在天文学上是如此的罕见。

天文学家们已经发现,如果黑洞正绕轴沿着轨道平面旋转,那么这种合并时发出的强烈的引力波将足以把一个新形成的黑洞踢出星系。这种弹力产生的速度能够超过星系的逃逸速度,高达每秒1200至1800英里(每秒2000至3000公里)。根据理论计算,两个碰撞星系中的黑洞很可能坠入碰撞后形成的合并星系的中心,它们相互撞击并慢慢地发出辐射,当进行到某个点时,两个旋转的黑洞距离越来越近,最终合二为一形成一个巨型黑洞。马里兰大学领导天文学研究小组的克里斯托夫-雷诺兹说:“当黑洞最终真正地合二为一时,它们会发射出一股引力辐射脉冲,将最后形成的黑洞弹射出去。这种弹力足以将黑洞完完全全地踢出星系。”

为了寻找逃离的黑洞,巴黎天文台的艾林-博宁及其同事们对斯隆数字巡天(SDDSS)确定的约2600个类星体进行了研究。类星体(或称类星体射频源)是遥远宇宙间异常明亮的物体,其巨大的能量来源被认为是由主星系中心的超大质量黑洞吸积周围物质释放的引力能提供的。在黑洞不断吸积周围物质时,类星体会喷出热气体,产生连续光谱上的X射线。单个的类星体的光芒能盖过整个星系的亮度,成为宇宙间最耀眼闪亮的发光体。科学家还称,最新的一项研究发现表明,只要吸积盘绕黑洞旋转的速度大于黑洞的弹射速度,失控的黑洞就能携带其吸积盘进行逃逸。德克萨斯大学的科学家格雷戈里-谢尔兹说:“这样一来,只要黑洞逃离出星系的中心,黑洞就会持续发出耀眼的光芒。”研究组还寻找过“多普勒频移”,即类星体中由于相互运动产生的气体的波长变化。博宁称:“我们正在寻找黑洞携带吸积盘逃逸的证据。”然而,没有一个类星体符合测试黑洞逃逸的标准。

然而,如果天文学家能观测到一个逃离的黑洞,那么产生的效应将极为轰动。他们认为,黑洞这种庞然大物会将其吸积盘内部猛地拉出,与外壳分开,那么产生的拖尾将与吸积盘内核发生猛烈碰撞。谢尔兹说:“我们正在讨论这样一个问题,一旦数百万太阳质量的物质撞入吸积盘中,就会产生冲击波,将吸积盘加热到数百万度高温上,然后产生X射线,这种光芒将比宇宙间的类星体本身还要耀眼。”碰撞会产生的X射线光能持续发亮一千年,然而比起类星体上千万年的寿命只能算是弹指灰飞的一瞬间。天文学家们预计,在过去的60亿年中,约有一半的星系相互进行了合并。如果星系合并果真为黑洞逃逸提供了一个最佳的平台,那么这些合并的星系中将都没有黑洞,这与现观测到的膨胀的星系中心存有超大质量黑洞的事实截然相反。

雷诺兹及其同事一直在探讨在激烈的星系碰撞过程中,黑洞是如何得以在其主星系中存续下来的问题。他们认为,黑洞保护可能要归功与圆盘形式的气体扭曲了即将合并的黑洞的转轴。当充满气体的星系相互合并时,旋转的黑洞周围会形成一个直径1000光年或更大的巨型气体盘。一旦黑洞往内吸积气体盘,气体盘就开始变得扭曲,直到正交于黑洞的旋转。但是,雷诺兹指出,任何作用都伴随着一个反作用,“这里的反作用就是黑洞也会不断旋转扭曲,直到与气体盘平行。”最后的结果便是,旋转的黑洞会垂直于其轨道平面,那么一旦黑洞相互合并,就足以将合并的黑洞“踢”进合并的星系中。
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霍金30年前的理论认为,从量子力学的角度来考虑,黑洞能够辐射(即著名的霍金辐射)。由于量子作用,啤酒黑洞物质、恒星黑洞物质等都开始辐射,开始蒸腾、四溢。问题在于,霍金原先的计算显示了蒸腾完全属于热效应,这就意味着它不应该包含任何信息--即啤酒黑洞物质和恒星黑洞物质的辐射没有任何差别。所以,当黑洞变得越来越小,最后蒸发到没有时,就意味着已经丢失了全部信息。并且,到了变化的末端,已经无法复原那些信息。这种理论从诞生之初就遇到了麻烦,它同很多科学家坚持的“信息守恒定律”互为矛盾,一度被人们称为“黑洞悖论”。 如同19世纪的科学家断定了能量守恒定律一样,20世纪的许多科学家提出了信息守恒一说,如果这种说法成立,也许会比物质、能量守恒定律的意义更为深远。
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