(續)科技版~超遜偵探~UOD之6７~＊略識銀河系＊

雖然現在很多人越來越相信銀心的神秘天體是個特大品質的黑洞，但這種可能是不是惟一的呢?要知道，現在擁有的黑洞證據畢竟全都是間接的，沒有任何看到黑洞的直接證據，何況那些間接證據也不是無懈可擊的。按常規的黑洞理論，一個品質為260萬太陽品質的黑洞在吸積物質時，發出的總功率應當為1000萬億億億千瓦。然而，如果我們把各個波段上觀測到的功率加起來，比這個功率要小100萬倍。假如我們的銀河系中心是個大品質黑洞，為什麼發射的功率會這麼低呢?顯然，銀心黑洞“吞食”的物質太少，有人將此戲稱為“饑餓的黑洞”，好像可吃的“食物”不多似的，總是處在饑餓狀態。這個處在“冬眠狀態”的黑洞，數百萬年以前曾經活躍非凡，創造了今天觀測到的一大批銀心天體，而今卻“蟄伏”在洞裏等待來年的春暖花開。

要解釋這種情況，只有兩種可能：一種可能是現在的黑洞理論不適合銀心黑洞，需要重新修改理論：另一種可能就是銀心天體不是黑洞，而是其他類型天體，很可能是人類迄今未知的更奇怪的一類天體。上面所說的特大品質黑洞也好，一個不發光或低光度天體星團也好，都是由質子、中子一類的重子物質組成的。今天宇宙中發光的物質都是些重子物質。但是，根據最新的觀測，宇宙中的重子物質不會超過宇宙總品質的5％，另外95％以上的物質是非重子物質，這就是目前宇宙學中所講的暗物質問題。現在可以想一想，銀心暗天體為什麼非得由宇宙中為數很少的重子物質組成，為什麼不可以由數量大得多的非重子物質組成呢?這就是近幾年來關於銀心神秘天體的新假設：非重子物質天體。按照這類假設；銀心暗天體是由費密子(質子和中子)或玻色子組成的一種球狀天體。銀心天體到底是個特大品質的黑洞，還是一個基本粒子球?有沒有辦法區分它們呢?這是現在天文學家所面臨的問題。天文學家把希望寄託在一個名為“微角秒X衛星”的X射線干涉儀上，它專門用於尋找黑洞、研究宇宙結構和演化，它的空間解析度可達到百萬分之一角秒以上，只是由於技術難度，估計實現這個計畫還得需要25～50年。

給黑洞影子“照相”

要是銀心暗天體是個黑洞，最好的證明就是“看到它”。但是，尋找黑洞的最大難處是它又小又“黑”。小，還可以通過建造解析度越來越大的望遠鏡來解決。但是，要是“黑”得什麼光子都逃不出來的話，又怎麼能看到它呢?近年來，天文學家想到了一個非常巧妙的方法。在黑色螢幕前面懸掛一個一樣黑的球，我們很可能看不見它。但是，如果把黑螢幕換成白色的，那麼，黑球就會清楚地顯現出來。這給了我們一種啟示：假如把一個黑洞放到一個明亮的背景上，我們就可以看到這個黑洞，這相當於看到的是黑洞的“影子”。當然，宇宙中的黑洞是無法搬動的，不過，我們可以尋找這樣一種黑洞，只要它的背後正好有個明亮的發射體(明亮的背景)就行了。巧合的是，我們的銀心暗天體就是這種情況。

前面已經提到，在銀心處有個中央星團。因此銀心暗天體的背後襯托有許多明亮的恒星。可以把這些恒星當成白色的螢幕，我們就可以“看到”黑洞了。只是黑洞很小，所以必須借助解析度很高的望遠鏡。當今解析度最高的是一種稱為甚長基線射電干涉儀的望遠鏡系統，它在毫米波段上的解析度已達到0.001角秒，比哈勃太空望遠鏡還好400倍，可以分辨月球表面間隔2米的物體。兩年前已經有天文學家嘗試用這種技術觀測銀心黑洞的影子，限於儀器和波長，他們只測量到黑洞視界17倍的地方，比黑洞影子還大2～3倍。他們得出結論，只要將觀測的波長縮短到1毫米以下，就可以拍到銀心黑洞的影子了，因為觀測的波長越短，可達到的解析度越高。這是一項很有希望的觀測，它使我們更逼近銀心的神秘天體。

由於銀河系中心區與我們之間有大量星際塵埃遮擋而消光萬億倍，可見光觀測不到，過去不瞭解銀河系‘心臟’的秘密，甚至不知道銀心的準確位置。然而，穿透能力強的射電、紅外、X射線和γ射線波段輻射觀測揭示銀心的秘密。1951年發現人馬A強射電源位於銀心，高分辯觀測顯示它包括三個點源：人馬A東、人馬A西和人馬A*。更高分辨射電圖像（下圖左上）顯示，人馬A*周圍有個約20-80光年的氣體雲環，環外有長160光年的激發氣體纖維結構。雲環內有象小旋臂的電離氣體螺旋式進入中心體，緻密的人馬A*控制周圍物質的運動（右）；左下是左上的方框區高分辨像。銀心6.5光年範圍的光度（即輻射功率）是太陽的1千萬倍。錢德拉X射線衛星高分辨地觀測了銀心區（下圖），人馬A東是顆超新星的遺跡，人馬A西是氣體旋渦形結構，可能向A*（黑洞）加熱。人馬A*位於銀心，其座標為：赤經266.40499625°、赤緯–28.93617242°。由這些資料推斷出銀心可能是300萬太陽品質的“黑洞”，它吸積物質而日益增大品質。“黑洞”實際上處於周圍‘發亮’物質之內。

高能立體望遠鏡系統（HESS）發現銀河系心臟有個高能γ射線強輻射天體，可能是1萬年前爆炸的超新星遺跡，它離銀心（人馬A*）超大品質黑洞很近，因此γ射線可能跟黑洞成協。康普頓γ射線天文臺(CGRO)發現銀心區有兩個未預料到的反物質雲，發出正、反物質湮滅的輻射。充有反物質電子的氣體熱泉來自銀心周圍一個區，可能跟超大品質黑洞附近形成恒星有關，也是巨星或黑洞反物質‘工廠’出來的風。

    

銀河系及其他星系

晴朗的夜晚，令人驚訝的是，我們從地球上用肉眼只能看到約3000顆恒星。當然，人們也能看到一條薄薄的霧狀帶，從這頭到那頭，橫跨整個天空，這就是銀河。銀河早在望遠鏡問世時就被認清由數百萬顆光線微弱的恒星組成。今天我們已經知道，銀河只是我們從本星系看到的內觀形象——一個由氣體雲和1000多億顆恒星組成的巨大螺旋體。我們的銀河系也僅僅是形態各不相同的幾十億個星系之一。我們看到的銀河之所以呈一道乳白色的亮帶橫跨天空，是因為我們的太陽系就位於銀河系之中。太陽系距離銀河系這個規模10萬光年大小的鐵餅狀星系的中心大約有27000光年。銀河系的中心在人馬座方向，邊緣位於金牛座方向。

通過對其他星系和我們本星系的觀察，天文學家得到了銀河系的構造圖。銀河系的中心是一個巨大的圓核，核的四周由恒星包裹著。核的內部究竟由何物組成，目前還一直存有爭議。從銀核出發，一支支旋臂曲折地向外伸出，在旋臂上也還有新的恒星產生。銀河系的自轉形式並不如同一個固態盤體：中心慢，邊緣快。它的自轉速度卻是中心快，邊緣慢，即從中心向邊緣，先呈快加速態，後取慢減速狀。我們太陽系繞行銀河系中心一周大約需要2.4億年，與銀河系230千米／秒的自轉速度相等。銀河系的品質估計為太陽品質的3400億倍。星系是宇宙中的最重要結構。在宇宙中，星系的數量可能與銀河系中的恒星數量差不多。星系相互積聚成星團，而星團又繼續積聚成更大的超級星團。整個宇宙猶如一個巨大的氣球形結構，在想像的氣球球面上分佈著眾多的星系，而在氣球的內部則幾乎是一片空白區。

恒星的類型及伴星系

星系的形狀和大小各不相同。在星系的內部有兩種類型不同的恒星：星族Ⅰ型恒星和星族Ⅱ型恒星。星族Ⅱ型恒星主要位於橢圓星系內，它們看來是宇宙中年齡最大的恒星，幾乎完全由氫構成，較重元素的含量極少。星族Ⅰ型恒星相對較年輕，比如我們的太陽就是，這類恒星的特點是所含較重元素的比重比較大。那些最大的星系，無論是橢圓星系或是螺旋星系，它們都常常擁有一些小的伴星系。例如圍繞我們銀河系運行的伴星系就有大麥哲倫星雲和小麥哲倫星雲，它們出現在銀河附近，肉眼可見，猶如脫離銀河的兩塊碎片。

激擾星系、類星體和黑洞

在宇宙的深處，人們近幾十年來發現了一系列陌生的、常常帶有神秘色彩的天體，其中也包括那些呈特強射電源或特強紅外線源的星系。這種所謂的“激擾星系”又分成不同的類型，如橢圓射電星系或螺旋塞佛特星系。在激擾星系中，尤其是那些中心含有類星體的星系顯得更加突出。類星體的光度常常大大超過包在它四周、由幾十億顆恒星組成的整個星系。激擾星系的射電信號常常來自于向外延伸的“噴射物”。這種噴射物估計就是從星系中央向兩個相反方向噴射的物質流。特別是類星體常常會在極短的時間內，幾天或幾個月，發生光度變化。因此，科學家們斷定，類星體的巨大能量是在一個比我們太陽系大不了多少的相對狹窄的空間中產生的。

推動激擾星系活動的動力過程是什麼，現在還有爭論。然而，今天的理論得到的結果是：在激擾星系的中心，尤其是在類星體的中心，有品質大於太陽質量數百萬倍的超級大品質黑洞存在。在黑洞的巨大吸引力作用下，周圍的物質都呈螺旋狀被吸進去。就在被吸物質進入黑洞前的一刹那，它被加熱到幾十億度。其中有一部分由於強磁場的作用，會向垂直於該物質盤面的兩個相反方向射去，形成噴射。由於磁場中的電子加速作用，一種類似於在粒子加速器中產生的“同步加速射線”便形成了。

在歷史上，最先通過觀察來描繪銀河系結構，試圖測量其規模的人是英國天文學家威廉·赫歇耳(Wilhelm Herschel，1738～1822)。經過長期的觀察，他在1785年繪製出銀河系的結構圖。在這幅圖中，太陽系位於中間位置。赫歇耳估計，銀河系的直徑相當於7000光年(1光年相當子950億公里)，而中心的膨脹部位的直徑為1400光年。後來。隨著天文觀測儀器的進步，特別是由於射電天文望遠鏡和紅外天文望遠鏡的使用，人們才對銀河系的結構有了比較清楚的認識。

今天我們知道。如果從正面俯視銀河系，它就猶如急流中的旋渦；如果從側面觀看，它就如同一個投擲中的鐵餅：銀河系主要由扁平的銀盤、中央凸出的核球和銀暈三部分組成。銀盤的直徑約10萬光年，銀盤中有幾條像風車那樣的巨大的螺旋狀結構，稱為旋臂。而我們的太陽系就位於獵戶座旋臂上。距離銀河系中心約3萬光年，差不多是在銀河系的邊緣了。銀盤中間厚，外面薄，其中間厚度約1萬光年，而到了太陽附近就只剩一半厚度了。核球中的恒星分佈相當緻密，直徑約為1.2—1.5萬光年，略呈橢圓球狀。

銀暈是彌散在銀盤周圍的一個球形區域，直徑約為10萬光年，體積至少是銀盤的50多倍，但品質卻只占銀河系的1／10，主要是由稀散的恒星和星際物質組成。有人認為，在銀暈外面還存在著一個巨大的呈球狀的射電輻射區，稱為銀冕，銀冕至少延伸到距銀河系中心32萬光年遠處。對於銀暈和銀冕的結構，目前還有很多不清楚的地方。銀河中央的橢球狀核球是恒星密集的區域，而且越靠近中心越密集。這些恒星的年齡大約為100億年，其形成年代可以追溯到銀河系本身形成的時期。核球按照銀盤的同一方向轉動，但其中恒星的運行軌道卻是橢圓形的，軌道平面與銀河系的轉動平面相交叉。銀盤中包含各個年齡階段的恒星，它們以每秒200～250公里的速度環繞銀心運動。例如，太陽位於銀河系赤道平面的一條旋臂上，距銀心約3萬光年。它帶著太陽系所有成員環繞銀心旋轉，運行一周為2.5億年，稱為一個宇宙年，地球自形成之日起已跟隨太陽繞行，旋轉了約18圈，即度過了18個宇宙年。

銀河系週邊由稀疏分佈的恒星和星際物質組成的球狀區域叫銀暈。銀暈中的主要成員是球狀星團。球狀星團由成千上萬顆、甚至幾十萬顆恒星密集組成。球狀星團的成員星是銀河系中形成最早的一批恒星，年齡大約為100億年。球狀星團以偏心率很大的巨大橢圓軌道繞著銀心運轉，軌道平面與銀盤成較大傾角，週期一般在3億年上下，天文學家認為，球狀星團曾一度充滿了整個銀河系。在銀河系剛形成時，可能有數千個球狀星團在銀河系中運行。後來許多球狀星團由於彼此碰撞，或者和銀心碰撞而消失了。此外，天文學家曾猜想，在銀暈中可能還存在一些“暈族大品質緻密天體”(MACHO)。它們是一些非常暗淡的天體，恒密度很大。這個猜測已在不久前被證實。

假設能夠一直抵達銀河系的“心臟”，那我們將會看到什麼樣的奇觀呢?天文學家早已確信，在銀河系的中心存在一個巨大的黑洞。天文學家之所以這樣肯定，是因為他們對構成銀心的物質的密度和品質進行了詳細運算的結果。例如，在距離銀心大約1光年處的恒星和星際之間的氣體是以每秒100公里以上的速度在運轉的。為了有足夠大的引力來吸引這些高速運動的氣體和恒星，銀心中就至少要由相當於100萬個太陽的品質的物質構成。而這樣大的品質能夠聚集在銀心這樣小的空間中，只有用黑洞才能解釋。

天文學家的計算表明，銀河系中心的這個黑洞的直徑大約為300萬公里。在那個區域附近，星際氣體被非常強大的引力吸引，形成了一個高速旋轉的吸積盤。吸積盤旋轉所產生的強大的電磁場將星際氣體加速到很高的運動速度，使它們噴湧而出，產生宇宙噴射現象。另外，銀心附近的恒星密度高得令人難以置信，與太陽附近的恒星密度相比，前者是後者的100萬～1000萬倍。英國和美國的兩個研究小組宣佈，在觀測銀河系週邊時，他們分別發現了一段由恒星構成的、以銀河系中心為圓心的圓弧，這兩段圓弧離銀河系中央的距離相等，這意味著它們可能是同一個銀河系恒星環的不同部分。

在此之前，科學家還在一些與銀河系同類的旋渦星系週邊發現暗淡的恒星環。由於受銀河系內部大量星光的干擾和技術條件的限制，天文學家對銀河系週邊的觀測反而滯後於對其他星系週邊的觀測。科學家希望繼續尋找銀河系恒星環的其他部分，研究它的成因和組成。銀河系是太陽系所在的恒星系統，包括一千二百億顆恒星和大量的星團、星雲，還有各種類型的星際氣體和星際塵埃。它的總品質是太陽品質的1400億倍。在銀河系裏大多數的恒星集中在一個扁球狀的空間範圍內，扁球的形狀好像鐵餅。扁球體中間突出的部分叫“核球”，半徑約為7千光年。核球的中部叫“銀核”，四周叫“銀盤”。在銀盤外面有一個更大的球形，那裏星少，密度小，稱為“銀暈”，直徑為7萬光年。銀河系是一個旋渦星系，具有旋渦結構，即有一個銀心和兩個旋臂，旋臂相距4500光年。其各部分的旋轉速度和週期，因距銀心的遠近而不同。太陽距銀心約2.3萬光年，以250千米/秒的速度繞銀心運轉，運轉的週期約為2.5億年。

銀河系物質約90％集中在恒星內 。恒星的種類繁多。按照恒星的物理性質、化學組成、空間分佈和運動特徵，恒星可以分為5個星族。最年輕的極端星族Ⅰ恒星主要分佈在銀盤裏的旋臂上；最年老的極端星族Ⅱ恒星則主要分佈在銀暈裏。恒星常聚集成團。除了大量的雙星外，銀河系裏已發現了1000多個星團。銀河系裏還有氣體和塵埃，其含量約占銀河系總品質的10％，氣體和塵埃的分佈不均勻，有的聚集為星雲，有的則散佈在星際空間。20世紀60年代以來，發現了大量的星際分子，如CO、H2O等 。分子雲是恒星形成的主要場所。銀河系核心部分，即銀心或銀核，是一個很特別的地方。它發出很強的射電、紅外，X射線和γ射線輻射。其性質尚不清楚，那裏可能有一個巨型黑洞，據估計其品質可能達到太陽品質的250萬倍。對於銀河系的起源和演化，知之尚少。

1971年英國天文學家林登•貝爾和馬丁•內斯分析了銀河系中心區的紅外觀測和其他性質，指出銀河系中心的能源應是一個黑洞，並預言如果他們的假說正確，在銀河系中心應可觀測到一個尺度很小的發出射電輻射的源，並且這種輻射的性質應與人們在地面同步加速器中觀測到的輻射性質一樣。三年以後，這樣的一個源果然被發現了，這就是人馬A。人馬A有極小的尺度，只相當於普通恒星的大小，發出的射電輻射強度為2*10（34次方）爾格/秒，它位於銀河系動力學中心的0.2光年之內。它的周圍有速度高達300公里/秒的運動電離氣體，也有很強的紅外輻射源。已知所有的恒星級天體的活動都無法解釋人馬A的奇異特性。因此，人馬A似乎是大品質黑洞的最佳候選者。但是由於目前對大品質的黑洞還沒有結論性的證據，所以天文學家們謹慎地避免用結論性的語言提到大品質的黑洞。我們的銀河系大約包含兩千億顆星體，其中恒星大約一千多億顆，太陽就是其中典型的一顆。銀河系是一個相當大的螺旋狀星系，它有三個主要組成部分：包含旋臂的銀盤，中央突起的銀心和暈輪部分。螺旋星系M83，它的大小和形狀都很類似於我們的銀河系。銀盤外面是由稀疏的恒星和星際物質組成的球狀體，稱為銀暈，直徑約10萬光年。

依據歐洲南天天文臺(ESO)的研究報告，估計銀河系的年齡約為136億歲(109年)，幾乎與宇宙一樣老。由天文學家.所組成的團隊在2004年使用甚大望遠鏡(VLT)的紫外線視覺矩陣光譜儀進行的研究，首度在球狀星團NGC 6397的兩顆恒星內發現了鈹元素。這個發現讓他們將第一代恒星與第二代恒星交替的時間往前推進了2至3億年，因而估計球狀星團的年齡在134±8億歲，因此銀河系的年齡不會低於136±8億歲。銀河系有4條旋臂，分別是人馬臂，獵戶臂，英仙臂，天鵝臂。太陽位於獵戶臂內側。旋臂主要由星際物質構成。銀河系也有自轉。太陽系以每秒250千米速度圍繞銀河中心旋轉，旋轉一周約2.2億年。銀河系有兩個伴星系：大麥哲倫星系和小麥哲倫星系。與銀河系相對的稱之為銀河外星系。

一般認為，銀河系中的恒星多為雙星或聚星。而2006年新的發現認為，銀河系的主序星中2/3都是單星。日前，天文學家描繪出了銀河系最真實的地圖，最新地圖顯示，銀河系螺旋手臂與之前所觀測的結果大相徑庭，原先銀河系的四個主螺旋手臂，現只剩下兩個主螺旋手臂，另外兩個手臂處於未成形狀態。

附註：

光年是長度單位之一，指光在真空中一年時間內傳播的距離，大約94.6千億公里（或58.8千億英里）。光年一般用在天文學中，用來量度很大的距離，如太陽系跟另一恆星的距離。光年不是時間的單位。秒差距是天文學中另一個常用的單位，1秒差距等於3.26光年。

一光年到底有多遠？舉個例：世界上最快的飛機可以達到每小時11260公里的時速（美國航空太空局（NASA）的飛機最高速度紀錄是11260公里/小時），依照這樣的速度，飛越一光年的距離需要用95848年。而常見的客機，時速大約是每小時885公里，這樣飛1光年則需要1220330年。目前人造的最快物體是1970年代聯邦德國和美國NASA聯合建造並發射的Helio 2衛星，最高速度為70.22公里每秒（即252792公里每小時），這樣的速度飛越1光年的距離約需要4000年的時間。可以想像，光年對於人類來說是一個十分龐大的尺度。

整個太陽系繞銀河系中心運動，速度約為250千米/秒，轉一周經歷2.5億光年，稱之為1個宇宙年。(約4000地球年 X 2.5億光年=1個宇宙年)