第15章 黑洞(3)

在天鹅X-1的景象，这约莫是太阳质量的6倍。遵循昌德拉塞卡的成果，它的质量太大了，既不成能是白矮星，也不成能是中子星。是以，看来它只能是一个黑洞。

（“Little Green Man”）的意义。但是，终究他们和其他统统人都获得了不那么浪漫的结论，这些被称为脉冲星的物体，究竟上是扭转的中子星。因为它们的磁场和四周物质庞大的相互感化，这些中子星收回射电波的脉冲。这对于写空间探险的作者而言是个坏动静，但对于我们这些当时信赖黑洞的少数人来讲，是非常大的但愿――这是中子星存在的第一个正的证据。中子星的半径约莫为10英里，只是恒星变成黑洞的临界半径的几倍。如果一颗恒星能坍缩到这么小的标准，预感其他恒星能坍缩到更小的标准而成为黑洞，就是理所当然的了。

1967年，剑桥的一名研讨生约瑟琳・贝尔发明了天空发射出射电波的法则脉冲的物体，这对黑洞存在的预言带来了进一步的鼓励。开初贝尔和她的导师安东尼・赫维许觉得，他们能够和我们星系中的外星文明停止了打仗！

很清楚，为了申明恒星和星系的无规性是否导致构成相称数量标“太初”黑洞，依靠于初期宇宙中前提的细节。如许，如果我们能够肯定现在有多少太初黑洞，我们就能对宇宙的极初期阶段体味很多。质量大于10亿吨（一座大山的质量）的太初黑洞，只能通过它们对其他可见物质或宇宙收缩的影响被探测到。但是，正如我们将要鄙人一章看到的，黑洞毕竟不是真黑：它们像一个热体一样发热发光，它们越小则发热发光得越短长。以是，看起来荒诞，而究竟上倒是，或许小的黑洞能够比大的黑洞更轻易探测到！

人们还发明了很多其他类似的类星体，它们都有很大的红移。但是它们都分开我们太远了，以是对之停止察看太困难了，不能给黑洞供应结论性的证据。

在宇宙的冗长汗青中，很多恒星必定烧尽了它们的核燃料并坍缩了。黑洞的数量乃至比可见恒星的数量要大很多。

遵循黑洞定义，它不能收回光，我们何故但愿能检测到它呢？这有点像在煤库里找黑猫。光荣的是，有一种体例。正践约翰・米歇尔在他1783年的前驱性论文中指出的，黑洞仍然将它的引力感化到四周的物体上。天文学家观察了很多体系，在这些体系中，两颗恒星因为相互之间的引力吸引而相互环绕着活动。他们还察看到了如许的体系，此中只要一颗可见的恒星环绕着另一颗看不见的伴星活动。人们当然不能当即得出结论说，这伴星即为黑洞――它能够仅仅是一颗暗淡的看不见的恒星罢了。但是，这类体系中的一些，像叫做天鹅X-1的 那样，也是强X射线源。对这征象的最好解释是，物质从可见星的大要被吹起来，当它落向不成见的伴星时，构成螺旋状活动（这和水从浴缸流出很类似），并且变得非常热，收回X射线 。为了使这机制起感化，不成见物体必须非常小，像白矮星、中子星或黑洞那样。通过观察那颗可见星的轨道，人们能够肯定不成见物体的最小的能够质量。

另有其他不包含黑洞的解释天鹅X-1的模型，但是统统这些都相称牵强附会。黑洞看来是对该观察的独一的真正天然的解释。固然如此，我和加州理工学院的基帕・索恩打赌说，天鹅X-1不包含一个黑洞！这对我而言是一种保险的情势。我对黑洞作了很多研讨，如果发明黑洞不存在，而这统统都成为徒劳。但在这类景象下，我将获得博得打赌的安抚，他要给我订阅4年的《私家侦察》杂志。究竟上，从我们打赌的1975年迄今，固然天鹅X-1的景象并没有窜改太多，但是人们已经堆集了这么多对黑洞无益的其他观察证据，我只好认输。我停止了商定的补偿，那就是给索恩订阅一年的《藏春阁》，这使他开放的老婆相称恼火。

黑洞是科学史上极其罕见的景象之一，在没有任何观察到的证听申明其实际是精确的景象下，作为数学的模型被生长到非常详确的境地。的确，这常常是黑洞反对者的首要论据：人们如何能信赖如许的物体，其独一的证据是基于令人思疑的广义相对论的计算呢？但是，1963年，加利福尼亚的帕罗玛天文台的天文学家马丁・施密特测量了在称为3C273（便是剑桥射电源编目第三类的273号）射电源方向的一个暗淡的类星体的红移。他发明引力场不成能引发这么大的红移――如果它是引力红移，这类星体质量必须这么大，并且离我们必须这么近，必将滋扰太阳系中的行星轨道。这表示这个红移是由宇宙的收缩引发的，进而表白此物体离我们非常悠远。因为在这么远的间隔还能察看到，它必须非常亮，也就是必须辐射出大量的能量。人们会想到，产生这么大能量的独一机制看来不但是一个恒星，而是一个星系的全部中间地区的引力坍缩。

现在，在像我们的星系和两个名叫麦哲伦星云的邻近星系的体系中，我们另有几个近似天鹅X-1的黑洞的证据。但是，几近能够必定，黑洞的数量比这多得太多了！

人们以为，在类星体的中间是近似的，但质量更大的黑洞，其质量约莫为太阳的1亿倍。比方，用哈勃望远镜对称为M87的星系停止的观察揭暴露，它含有直径130光年的气体盘，该盘环绕着20亿倍太阳质量的中间物体扭转。这只能是一个黑洞。只要落入此超重的黑洞的物质才气供应充足强大的能源，用以解释这些物体开释出的庞大能量。当物质旋入黑洞，它将使黑洞往同一方向扭转，使黑洞产生一个磁场，这个磁场和地球的磁场非常相像。落入的物质会在黑洞四周产生能量非常高的粒子。该磁场是如此之强，能将这些粒子聚焦成沿着黑洞扭转轴，也即在它的北极和南极方神驰外放射的射流。在很多星系和类星体中确切察看到这类射流。人们还能够考虑存在质量比太阳质量小很多的黑洞的能够性。因为它们的质量比昌德拉塞卡极限低，以是不能由引力坍缩产生：如许小质量的恒星，乃至在耗尽了本身的核燃料以后，还能支撑本身对抗引力。只要当物质由非常庞大的外界压力紧缩成极度紧密的状况时，才气构成小质量的黑洞。一个庞大的氢弹可供应如许的前提：物理学家约翰・惠勒曾经计算过，如果将天下陆地里统统的重水制成一个氢弹，则它能够将中间的物质紧缩到产生一个黑洞。（当然，当时没有一小我能残留下来察看它！）比较实在的一种能够性是：在极初期宇宙的高暖和高压前提下能够产生如许小质量的黑洞。因为只要一个比均匀值更紧密的小地区，才气以如许的体例被紧缩构成一个黑洞，以是只要当初期宇宙不是完整光滑的和均匀时，这才有能够构成黑洞。但是我们晓得，初期宇宙必然存在一些无规性，不然现在宇宙中的物质漫衍仍然会是完整均匀的，而不能结块构成恒星和星系。

仅仅在我们的星系中，约莫统共有1000亿颗可见恒星。

如许庞大数量的黑洞的分外引力就能解释为何目前我们的星系以现有的速率转动：仅用可见恒星的质量是不敷以申明这一点的。我们另有某些证据表白，在我们星系的中间有一个大很多的黑洞，其质量约莫是太阳的10万倍。星系中的恒星若非常靠近这个黑洞时，感化在它的近端和远端上的引力之差或潮汐力会将其扯开。它们的遗骸以及摆脱其他恒星的气体将落到黑洞上去。正如在天鹅X-1的景象那样，气体将以螺旋形轨道向里活动，并且被加热，固然没有到那种程度。它没有热到足以收回X射线，但是它能够用来讲明在星系中间观察到的非常致密的射电波和红外线源。

我清楚地记得在宣布他们发明的会商会上，他们将这四个最早发明的源称为LGM1-LGM4，LGM表示“小绿人”