黑 洞 揭秘

黑 洞 揭秘

黑 洞 揭秘

甚 麼 是 黑 洞 ？

黑 洞 是 一 個 時 空 的 黑 暗 區 ， 由 一 些 質 量 頗 大 的 星 體 經 重 力 塌 縮 後 所 剩 餘 的 東 西 。 它 的 基 本 特 徵 是 有 一 個 封 閉 的 視 界 。 這 視 界 就 是 黑 洞 的 邊 界 ， 一 切 外 來 的 物 質 和 輻 射 可 以 進 入 這 視 界 以 內 ， 但 視 界 內 任 何 物 質 都 不 能 從 裡 面 跑 來 。

黑 洞 是 怎 樣 出 現 ？

當 一 顆 質 量 相 當 大 的 星 體 的 核 能 耗 盡 後 ， 沒 有 輻 射 壓 力 去 抵 抗 重 力 ， 平 衡 態 不 再 存 在 ， 這 星 體 將 全 面 塌 縮 ， 成 為 中 子 星 。 若 其 質 量 仍 大 於 三 個 太 陽 質 量 時 ， 那 麼 連 中 子 簡 併 氣 體 壓 力 也 不 能 平 衡 重 力 ， 星 體 將 斷 續 塌 縮 至 它 的 重 力 半 徑 (rg) 範 圍 之 內 。 這 時 ， 引 力 之 大 足 以 使 一 切 粒 子 ， 包 括 光 子 ， 都 被 引 回 星 體 本 身 ， 不 能 外 逸 。 這 就 形 成 黑 洞 。

註 ： 重 力 半 徑 又 稱 史 瓦 半 徑 ， 它 只 與 體 的 質 量 成 正 比 。

黑 洞 的 參 數

要 了 解 一 顆 星 體 ， 我 們 需 要 很 多 參 數 ， 但 當 它 塌 縮 成 為 一 個 黑 洞 ， 任 何 物 質 都 不 能 逃 離 它 ， 因 此 我 們 是 無 法 觀 測 到 任 何 有 關 它 的 信 息 。 根 據 研 究 ， 只 有 三 個 基 本 參 數 ， 質 量 、 電 苛 和 旋 轉 ， 我 們 才 能 在 遠 距 離 探 測 到 ， 這 就 是「 黑 洞 沒 有 毛 髮 」的 定 理 。

理 論 上 ， 黑 洞 可 按 積 分 成 小 、 中 和 大 三 類 ， 已 有 好 些 証 據 顯 示 ， 中 型 黑 洞 是 大 星 體 在 其 生 命 終 結 時 ， 星 體 內 陷 和 坍 塌 後 所 留 下 的 遺 骸 ， 而 大 型 黑 洞 則 存 在 於 很 多 星 系 中 ， 可 能 包 括 我 們 身 處 的 星 系 。

黑 洞 的 界 限

當 一 個 黑 洞 形 成 後 ， 所 有 物 質 都 會 向 中 心 場 縮 成 高 一 個 非 常 細 小 的 質 點 ， 稱 為 奇 點 ， 黑 洞 的 表 面 層 稱 為「 事 件 穹 界 」。 而 這 表 面 層 和 中 心 奇 點 的 距 離 就 是 史 瓦 半 徑 。 任 何 物 質 要 從 黑 洞 的 史 瓦 半 徑 跑 到 外 面 去 ， 它 的 逃 離 速 度 便 要 大 於 光 速 。 但 根 據 狹 義 相 對 論 ， 光 速 是 速 度 的 極 限 ， 因 此 ， 一 切 物 質 到 了 事 件 穹 界 便 扯 向 中 心 的 奇 點 ， 永 不 能 逃 出 來 。

怎 樣 探 索 黑 洞 ？

由 於 黑 洞 不 能 發 出 光 線 ， 體 積 又 非 常 細 小 ， 所 以 是 不 可 能 用 天 文 望 遠 鏡 規 測 得 到 的 。 但 根 據 理 論 ， 如 果 一 對 雙 星 中 的 伴 星 是 黑 洞 ， 那 麼 主 星 的 物 質 被 吸 引 向 黑 洞 而 形 成 一 個 吸 積 環 。 由 於 吸 積 環 的 物 質 互 相 摩 刷 而 引 起 高 溫 ， 因 而 輻 射 X 光 線 。 於 是 黑 洞 搜 索 者 就 將 重 點 於 X 射 線 密 近 雙 星 上 。

1962 年 ， 人 們 探 測 所 得 ， 位 於 天 鵝 座 鵝 頸 內 有 一 股 X 射 線 ， 並 將 該 源 命 名 為 是 非 常 有 可 能 是 一 黑 洞 。 天 鵝 座 X-1 是 一 X 射 線 源 ， 它 的 一 顆 子 星 是 超 藍 巨 星 ， 那 可 能 是 黑 洞 而 看 不 見 的 子 星 質 量 。

怎 樣 發 現 黑 洞 的 存 在 ？

於 1990 年 4 月 27 日 ， 哈 勃 太 空 望 遠 鏡 的 啟 用 ， 為 人 類 探 索 太 空 夫 揭 開 了 新 的 一 頁 ， 雖 然 在 製 造 時 出 了 錯 誤 ， 使 影 像 大 打 折 扣 ， 可 是 仍 對 天 文 學 有 莫 大 的 貢 獻 。

近 來 人 類 對 一 直 只 是 存 在 於 理 論 範 疇 內 的 黑 洞 ， 已 透 過 哈 勃 太 空 望 遠 鏡 ， 有 了 進 一 步 的 証 據 。 於 仙 女 座 大 星 系 M31 附 近 的 M32 發 現 了 一 個 質 量 大 於 太 陽 三 百 萬 倍 的 黑 洞 。 M32 是 在 我 們 的 銀 河 系 附 近 ， 距 離 地 球 2.3 百 萬 光 年 的 星 系 。 它 是 人 類 所 知 密 度 最 高 的 星 系 ， 於 直 徑 只 有 一 千 光 年 的 範 圍 內 ( 我 們 的 銀 行 河 系 直 徑 約 十 萬 光 年 ) ， 包 含 了 四 百 萬 顆 星 ， 中 心 和 密 度 是 我 們 的 銀 河 系 100 個 一 百 萬 倍 左 右 。

假 設 你 生 活 於 M32 中 心 的 行 星 上 ， 你 會 見 到 一 個 密 佈 星 光 的 夜 光 ， 光 度 比 一 百 倍 滿 月 還 要 亮 。 科 學 家 是 由 星 星 於 該 星 系 的 活 動 ， 及 其 中 心 密 度 而 推 測 的 。 此 星 系 內 之 星 星 移 動 速 度 較 之 於 一 般 星 系 每 秒 快 了 100 公 里 。

對 於 此 發 現 ， 實 對 各 天 文 學 者 的 一 大 鼓 舞 ， 相 信 以 後 哈 勃 望 遠 鏡 ， 必 能 為 人 類 揭 開 更 多 太 空 的 神 秘 之 謎 。