*宇宙中最原始的黑洞*~科技版~超遜偵探~UOD之93
科技版~超遜偵探~UOD之93~*宇宙中最原始的黑洞*
天文學家最近發現了兩個迄今所知最古老最原始的特大品質黑洞。這一發現很大程度上是基於NASA的斯必澤太空望遠鏡完成的，它使人們對宇宙起源以及第一批黑洞、星系和恒星形成等問題有了更好的理解。
來自圖森（Tucson）亞利桑那大學的江林華（音）說：“我們發現的東西看起來與第一代類星體很像。它們產生於缺乏塵埃的星際介質中，處於演化的最早階段。”江林華是宣佈這些發現的論文第一作者，該論文將發表在2010年
黑洞是一種劇烈變形的時空結構。品質最大、最活躍的黑洞常常潛伏於星系的核心，周圍通常環繞著類似甜甜圈形狀的氣體塵埃結構，這種結構維繫著黑洞的生長，為它提供飼料。這種饑餓的特大品質黑洞又名為類星體。
今天的宇宙顯得“骯髒”而“淩亂”，但科學家確信，最早期的宇宙是沒有任何塵埃的，這當然意味著最原始的類星體也應該是沒有塵埃的。但是知道現在，人們才真正看到了如此完美的類星體。斯必澤已經辨認出了其中的兩個，同時也是創記錄最小的兩個，它們距離地球大約130億光年。
這兩個類星體名為J0005-0006與J0303-0019，最初是使用斯隆數位巡天的資料在可見光波段被發現的。作出此發現的研究小組由最近這篇論文的合作者、來自亞利桑那大學的樊曉暉（音）所領導。NASA的錢德拉X射線天文臺同時對其中的一個天體進行了X射線觀測。當環繞著類星體的氣體被吞噬的時候，會有X射線、紫外和可見光輻射向外發出。
樊曉暉說：“類星體會發出大量的輻射，這使得它們即使遠在可觀測宇宙的邊緣也能被探測到。”
2006年至2009年間，當江林華與他的同事們使用斯必澤望遠鏡來觀測J0005-0006與J0303-0019的時候，他們的目標在常規類星體中並不突出。斯必澤測量了這兩個天體和19個其他天體的紅外輻射，它們都屬於一類已知最遙遠的類星體。每個類星體中都存在著品質超過1億倍太陽品質的特大品質黑洞。
斯必澤的資料表明，在這21個類星體中，J0005-0006與J0303-0019缺乏熱塵埃的特徵。斯必澤的紅外視力使得該望遠鏡對於探測塵埃的熱輻射輝光來說非常理想，這些塵埃是被它們所飼育的黑洞所加熱的。
樊曉暉說：“我們認為，這些早期黑洞的形成時間是宇宙中最初出現塵埃的時候，此時距離大爆炸還不到10億年。原始宇宙並不存在任何可以凝結成塵埃的分子。該過程所需的元素都是在之後在恒星內部通過核反應而產生，並通過爆炸等過程注入到宇宙之中的。”
天文學家還注意到，類星體中熾熱塵埃的數量隨著黑洞品質的增加而增長。隨著黑洞的成長，塵埃有了更多的時間可在其周圍成型。在早期宇宙中，J0005-0006和J0303-0019核心的黑洞品質最小，這意味著它們特別年輕，還處於周圍缺少塵埃的階段。
論文的其他作者包括來自賓夕法尼亞州立大學的W·N·布蘭特（W. N. Brandt）、來自美國國家射電天文臺的克裏斯·卡瑞裏（Chris L. Carilli）、來自亞利桑那大學的Eiichi Egami、科羅拉多玻爾得（Boulder）空間科學研究所的迪安·C·海因斯（Dean C. Hines）、來自德國馬普地外物理所的賈倫·D·庫克（Jaron D. Kurk）、來自賓夕法尼亞州費城德雷塞爾（Drexel）大學的戈登·T·理查茲（Gordon T. Richards）、來自麻塞諸塞州坎布裏奇哈佛—史密松天體物理學中心的Yue Shen、來自新澤西州普林斯頓的邁克爾·A·施特勞斯（Michael A. Strauss）、來自亞利桑那大學以及丹麥尼爾斯·玻爾研究所的瑪麗安·威斯特加德（Marianne Vestergaard），以及來自德國馬普天文所的費邊·沃爾特（Fabian Walter）。
當這項研究開展時，樊曉暉和庫克都在馬普天文所工作。位於加州帕薩迪那（Pasadena）的NASA噴氣推進實驗室（JPL）負責斯必澤太空望遠鏡的管理工作，其科研工作則是在帕薩迪那加州理工學院的斯必澤科學中心進行的。
最近有科學家提出，我們所說的黑洞，或許不是甚麼神秘的天體，而僅僅是進入另外宇宙的通道──蟲洞。理論上，黑洞是一種品質極大的天體，恒星能量耗盡後塌縮而形成。由於引力太大，即使以光速運動都無法擺脫，因此黑洞是不發光的，周圍的物質一旦進入“黑洞臨界”範圍，就無可倖免的被吞噬，黑洞周圍的物質就像掉進了漩渦一樣，快速的被吸進了漩渦中心──黑洞。
因此，儘管黑洞是無法直接觀測的，科學家們還是可以根據周圍物質的渦旋運動方式，判斷哪里可能存在黑洞。經過長期的研究，這樣的“候選”黑洞已經不少。不過，由於黑洞至今還只是“傳說”中的天體，對於黑洞究竟是怎麼回事？並沒有定論。值得一提的是，根據愛因斯坦的廣義相對論預測，如果任何物質被壓縮進足夠小的空間，都會產生黑洞。由於這類黑洞品質可以很小，因此被稱為微黑洞。
蟲洞連接不同時空
在現代物理理論中，“蟲洞”指的是連接不同時空的通道。如果把我們的宇宙想像成一張網，“蟲洞”就是把這張網與另外一張網相連接的咽喉。另外一張網其實就是另外的宇宙，那邊也有星系、恒星和行星等天體。法國科學家達墨（Thibault Damour）和德國科學家所羅杜琴（Sergey Solodukhin）研究了“蟲洞”可能具備的性質，結果發現如果“蟲洞”存在，它們的表現形式與黑洞幾乎一模一樣。也就是說，蟲洞周圍的物質也會形成漩渦。這是因為蟲洞的存在會改變周圍時空的結構，這與黑洞是一樣的。換句話講，當我們發現宇宙中的類似漩渦結構時，或許那是個黑洞，但也許那就是個通往另外宇宙的“蟲洞”。
與另外的宇宙溝通
一種區分黑洞和蟲洞的方法是對霍金放射的觀測。這裏提到的霍金就是暢銷書《時間簡史》的作者，著名英國科學家霍金。根據他的理論，儘管進入黑洞意味著屍骨無存，但是還是會有放射線來自於黑洞。但在實際操作中，這樣放射線太弱幾乎不可能與其他來源的放射線區分開來。還有一種辨別方法是：黑洞有臨界（event horizon），而蟲洞應當沒有。所謂臨界，就是一旦越過便一去不復返的“生死界”，在物理上又稱“無歸點”。而進入蟲洞的物質還應當可以出來，但是這個時間可以十分漫長，達數十億甚至上百億年。
現在只剩下最後一種方法，就是親自駕駛飛船到“漩渦”中走一遭，而這絕對是賭命之旅。如果那真的是黑洞，可就糟糕了，超乎想像的引力將撕碎你的每一個原子。即使那真是個蟲洞，漩渦內的力量同樣將是致命的。
那麼如果你幸運的進到了另外一個宇宙中呢？達墨表示，除非使用自身的動力，那麼飛船將無法留在另外的宇宙中暢遊。科學家推測，蟲洞會將飛船重新吸入，並送回我們的宇宙。但是即使這樣，也是沒有意義的，因為這一過程要耗時數十億年。要想方便迅速的進出蟲洞，必須有個條件，就是這個蟲洞極其小。那樣的話，進出微蟲洞的時間可能只需要幾秒鐘。如果能構建這樣的微蟲洞，或許人類將能與另外的宇宙溝通。
很多學者對黑洞其實是蟲洞的說法有懷疑，關鍵問題之一在於蟲洞是如何形成的。所羅杜琴推測，蟲洞的形成過程和黑洞相似，都可以由恒星的塌縮來實現。一般認為，恒星的塌縮最終將產生黑洞。但是所羅杜琴表示，由於量子效應的阻止，塌縮可能不足以形成黑洞，而是蟲洞。
科學家們正在期待的一項實驗是，利用加速器製造微黑洞，這將是檢測黑洞理論的重要手段。如果黑洞理論正確，人們將檢測到霍金放射；否則，則證明所羅杜琴是對的：人們一直認為是黑洞的物體，實質上僅僅是蟲洞。
如果黑洞們最終被證明是蟲洞，這將給物理學帶來很大的影響。其實關於黑洞一直是有爭議的，量子力學研究發現黑洞中心的奇點具有量子不穩定性，因此黑洞難以穩定存在。另外，美國加州勞倫斯‧利弗莫爾國家實驗室的天體物理學家錢普拉等認為，目前發現的黑洞是一些暗能量星，真正意義上的黑洞是不存在的。
而蟲洞理論可以解釋許多黑洞不能解釋的問題，其中之一是黑洞吞噬物質後資訊的去向。由於在蟲洞世界裏物質並非有去無回，也就不涉及資訊丟失的問題。人們一直強調黑洞其實不是個洞，而是一種天體；如今看來，黑洞也許真的是個洞，一個通向另外宇宙的隧道。
日前科學家指出，宇宙中最明亮的光線經常來自宇宙最深處――黑洞，黑洞就如同宇宙中的“發電站”。黑洞中即使是光也無法逃脫引力束縛，黑洞僅能通過其他物質受到牽引力才可探測到其存在。雖然黑洞自身是人類肉眼所看不見的，但其周圍區域受強大的磁場和引力作用，人類可觀測到黑洞作用下所釋放的的發光放射物質。像超級明亮的宇宙射線、等離子流和伽馬射線暴可連續不斷地釋放到宇宙中，科學家試圖揭示這些神秘物質的具體來源，目前他們發現這些放射線物質可由黑洞產生。
黑洞是一個無限密集的空間
黑洞是極端密集的宇宙物質擠壓在宇宙空間的一個區域，在其中心位置，所有物質被擠壓成一個無限密集的零體積空間，也被稱為“奇點（singularity）”。在這裏引力的牽引作用被認為無限強大，扭曲時空至無限曲線。研究人員稱，然而對於黑洞內部所發生的奇特進程，如果你距離黑洞足夠遠，可以將黑洞當成任何宇宙目標。
這意味著相同品質的黑洞可代替太陽，除地球缺乏太陽光無法維持生命存在之外，太陽系其他的恒星仍能正常地運行。據悉，黑洞被認為形成於非常大品質恒星爆炸死亡的過程中，當一顆恒星耗盡其燃料，在引力壓毀力的內向爆破中將形成一個品質非常密集的球體，最終品質逐漸減少形成一個黑洞。期間，垂死恒星的最外層將在超新星的強烈爆炸中脫離。
黑洞是射線、伽馬射線暴和噴射流的“發電站”
科學家認為宇宙中許多能量是在超新星爆炸和黑洞形成過程中釋放的，該能量可以加速宇宙粒子，使宇宙射線以接近光線穿梭宇宙之中。同時，黑洞和超新星還可以產生叫做“伽馬射線暴”的高能量伽馬射線閃光，它是人類迄今觀測到的宇宙最明亮現象。伽馬射線暴很可能是在超大品質、快速旋轉恒星以超新星爆炸的方式崩潰成為一個黑洞的過程形成，伴隨著釋放短暫而強烈的伽馬射線束。
在距離地球遙遠的耀變星系中熾熱帶電氣體和噴射流也是黑洞的產物，耀變星系的狀況如同其中心區域擁有超大品質黑洞，能以極端的方式扭曲時空。當灰塵和氣體受到黑洞的吸引力時，它們被黑洞周圍的反向扭曲磁場加速向外噴射，以人類肉眼在宇宙中可觀測發光噴射流的形式存在。
美國阿拉巴馬州特洛伊大學物理學教授戈文德－梅諾（Govind Menon）說：“我們研究發現黑洞具有一種電池機制，從旋轉黑洞中可釋放大量能量，它也是高能量伽馬射線的主要來源。這是近十年來高能天文學和天體粒子物理學領域的一項重大科學發現！”
據梅諾在新書《來自黑洞的高能放射線：伽馬射線、宇宙射線和中微子》中詳細講解了這項研究，他和天體物理學家查理斯－德恩（Govind Menon）還指出未來關於黑洞更多的秘密將由費米爾伽馬射線太空望遠鏡、南極冰核中微子實驗、地面基礎TeV (1000 GeV)伽馬射線探測器以及皮埃爾宇宙射線觀測台來揭曉。