超大质量黑洞吞噬气体云的瞬间

■ 梅拉里

天文学家利用欧南天文台（ESO）超大望远镜NACO红外相机和SINFONI红外光谱仪，观察位于银河系中心的超大质量黑洞人马座A*（Sgr A*），结果发现一个质量约为地球数倍大的气体云正加速朝黑洞而去。这是天文学家首度看到这类气体云被超大质量黑洞吞噬的瞬间，相关论文发表在2012年1月5日出版的《自然》期刊上。

天文学家相信我们银河系的中心有个质量高达400万倍太阳质量的超大质量黑洞，但因为连宇宙中速度最快的光接近黑洞时，都会被黑洞吞噬，无法直击黑洞的情形，因此必须借助周围其他天体来间接了解这个黑洞。

由德国普朗克地外物理研究所理查德领军的研究团队，利用ESO望远镜执行了一个长达20年的计划，监测Sgr A*周围的恒星运动状况。在监测过程中，他们发现一个独特的新天体高速向黑洞接近。过去7年间，这个天体的速度几乎增加为发现时的2倍，达到800万千米/小时。

它的轨道是椭圆的，理查德等人估计约在2013年年中左右，这个天体就会离Sgr A*这个黑洞的事件穹界（黑洞边界）仅约400亿千米之遥。这个距离听起来很远，可是仅相当于36光时，以天文尺度而言，算是与超大质量黑洞非常近的距离了。而且科学家估计这团云气最靠近黑洞而没被瓦解的距离，大约是3AU以内。1光时代表光行走1小时的距离，相当于300000千米/秒×3600秒=10.8亿千米，大约比太阳到木星距离多一点。1AU代表太阳到地球的平均距离，相当于1.5亿千米，3AU大约相当于在火星到木星之间的距离。

然而观测数据显示，这个天体的温度远低于附近的恒星，仅有280℃左右（一般正常恒星的表面温度约数千度到数万度），主要是由氢与氦等元素所组成。这是个含尘量偏高的离子气体云，总质量约为地球的3倍左右。由于受到邻近众多而炽热的恒星所发出的强烈紫外辐射影响，这个云气已被游离化而发出光芒。

这个云气的密度比环绕在Sgr A*黑洞周围吸积盘内的炽热气体还高许多，但当它愈来愈接近黑洞时，愈来愈高的外来压力会压缩这个云气。在此同时，研究显示愈接近黑洞，来自黑洞的重力也愈来愈强，使得云气速度持续增加，最后导致云气在边环绕、边落往黑洞表面的过程中，被拉扯变形，沿着环绕黑洞的轨道散布。

在科幻片或科幻图画中，常可见到接近黑洞的航天员被拉长成面条一般的景象，但现在却是真实看到类似的事情发生了。这样被拉扯变形的结果，将使云气分裂瓦解，再被黑洞一一吞噬。这些天文学家从2008年和2011年所拍的影像中已经看到这个云气的边缘发生碎裂的现象，这显示云气正在加速分裂，所以他们估计这个云气结构可能在未来数年内便会完全瓦解。

除此之外，当散布在轨道上的物质于2013年愈来愈接近Sgr A*时，其温度也会愈来愈高，届时可能会发出X射线辐射。目前少有物质接近Sgr A*，因此这团新发现的云气物质将是Sgr A*未来数年内唯一的“餐点”。

对于这团云气的来源，有些天文学家认为可能是邻近的年轻大质量恒星因所发出的恒星风非常强烈，导致其快速流失质量所致。这类恒星基本上会将流失的气体吹得很远。天文学家在Sgr A*附近发现一对双星正环绕Sgr A*运转，它们的恒星风互相撞击激荡，非常可能就此形成了这团云气。

理查德表示：未来2年内，这团云气和超大质量黑洞之间的互动状况必定非常有趣，如能密切监视其发展，对于了解黑洞周围物质的行为特性有非常大的帮助。而Sgr A*是离我们最近、最容易观察的超大质量黑洞，如果能对其性质进一步了解，便可将对Sgr A*的了解，延伸应用到其他星系中心的超大质量黑洞上。