DDS038-「黑洞（III）」

（承前文）因此，近來科學家又提出另外兩種看法：（4）這類「黑洞」，很可能是在早期宇宙演化過程中，不同銀河系間的相互碰撞，使得其原本各自有的「黑洞」，相互結合、融聚在一起而形成的。例如（見下圖；為畫家筆下所描繪的圖像；credit：NASA），新近（去年 12 月 10 日發表於 Astrophysical Journal 期刊上）科學家發現，位在離我們地球 38 億光年遠處（代號為 WISE J233237.05-505643.5），有一共伴「黑洞」，正在相互纏繞，逐漸形成一超巨大質量的「黑洞」（supermassive black hole）。〔註：WISE 為美國航太總署 Wide-field Infrared Survey Explorer 的縮寫。〕另也有學者指出：（5）要有這類「超巨大質量的黑洞（supermassive black hole）」，在其形成窄始時，就必須要有一個「超巨大質量的星體（supermassive star）」存在，然後如同前面所述的單一星體一樣，這些巨大質量的星體，經由逐步、重複冷卻和塌陷，且不斷地吞噬、吸入周邊的物質，最終形成了我們今天所能偵測到的這些「超巨大質量的黑洞」。

讀者老爺千萬不要小看以上這些不同的看法，以為它們只是「想之當然爾」，要知道「科學」可是要講「證據」的，這些不同假說的背後，當然都有紮實的科學依據，就以第（5）種說法為例，科學家們利用觀測（主要是「重力波（gravitational wave）」為主）和數值模型推演，發現在此「超巨大質量星體」的形成過程中，由於其超巨大「引力」所造成的快速旋轉（spinning），在其周遭先形成一密度不均的渦旋，此渦旋再經聚合、塌陷，形成兩個較小的「黑洞」，再由此兩「黑洞」逐步聚合，才形成今天所偵測到的這類「超巨大質量黑洞」。下圖（credit：Christian Reisswig/Caltech）所示，由左上至右下，即是此類「黑洞」，在不同階段的演化過程，其中藍色的深淺，分別代表的是密度的高低，而最終右下圖幅中的白色中心即是「黑洞」所在之處。

此外，「黑洞」其實也可視為宇宙中物質和能量的滙集區（sink），由於它的存在，把周遭相鄰的物質甚或星體逐步吞噬殆盡。但是，在科學家們觀測，體積大小、質量不同的各種「黑洞」，發現除了在其周圍有一「增生碟狀渦旋（即 accretion disc）」外，在「碟狀渦旋」的中心處，也往往伴生一垂直的柱狀噴出物（主要由高能量的粒子組成；見下之示意圖，from：http://scienceblogs.com/startswithabang/2010/09/10/q-a-how-can-anything-come-from/ ）。好奇的讀者，可能馬上會說，這怎麼可能呢？因為，即然「黑洞」所造成的「引力」是如此巨大，那又怎麼可能有這些噴出物呢？

事實上，依霍金（Stephen Hawking）博士的說法，這些粒子並非來自「黑洞」的內部，而是來自其「event horizon」的外圍。此外，依「量子理論（quantum theory）」的說法，宇宙間的所有次原子粒子（subatomic particles），均可分為「負質量粒子（negative mass particle）」和「正質量粒子（positive mass particle）」兩種，前者在進入「event horizon」後，即被「黑洞」的巨大引力所吞噬，而後者則由「黑洞」以「輻射（radiation）」形式激射出來，形成前面所說的噴發物（jet），這種噴射出來的輻射，稱之為「霍金輻射（Hawking radiation）」。反觀那些「負質量粒子」，科學家們咸信，在它們進入「黑洞」後，能把「黑洞」內部的質量逐步吞噬殆盡，導致「黑洞」的塌陷（collapse）和之後的爆炸（explore），甚至毀滅。當然，有關這部分的進一步深入解釋，因牽涉到更複雜深奧的「量子理論」，非我能力可及，就此打住。有趣也姑且聽之的是：有人說，「世上懂得「相對論」的只有三個人，而懂得「量子論」的只有兩個人」，我當然不是這二、三人，讀者也就可以原諒我的能奈有限了。

雖然與「黑洞」伴生的噴出物，長久以來，已被證實，但是讓天文學家一直深感困惑的是，像我們銀河系中心「Sagittarius A*」這樣的超大質量「黑洞」，理應有更大量的噴出物，可是利用傳統觀測方法，一直無法確認。直到去年天文學家利用來自 the Chandra X-ray Observatory 最新 X-光（紫色）和無線電波（藍色）的觀測技術，終於證實這些噴發物存在的證據（Reference: Evidence for A Parsec-scale Jet from The Galactic Center Black Hole: Interaction with Local Gas accepted in the Astrophysical Journal）。下圖（credit：X-ray: NASA/CXC/UCLA/Z.Li et al; Radio: NRAO/VLA）即是利用所得數據組合而成的圖片（紫色為得自X-光的圖像，而藍色來自無線電波的數據），圖中也同時標出這些高能量的噴發物，由「黑洞」周緣爆發出來後，撞上彌漫在遠處（約好幾光年遠）的氣體後，所造成「撞擊前沿（shock front）」。

其次，進一步的研究指出，「黑洞」大都是在宇宙形成（約 138 億年前）後的 4-8 億年間所形成。下圖（credit: NASA WMAP Science Team; K. Teramura, UHifA; NASA/JPL-Caltech, A. Kashlinsky (GSFC); NASA/ESA, S. Beckwith (STScl), Hudf Team）所示，左邊為「宇宙的微波背景圖（cosmic microwave background；見前「部落格文DDS008」的說明）」，它代表最早期的宇宙，其溫度的分佈和變化，這些溫度的些微不同，又代表著密度的大小差異，其中密度大者，最終就形成了，我們今日所見的各銀河星體。此後，宇宙進入一，歷時幾億年的「黑暗期（Dark Age）」，直到第一個星體形成後，熾射出第一道光芒為止。在此同時，「黑洞」也開始聚引其周遭氣體，逐步增長。在這些過程中，有部分的紅外線（infrared）和 X-光射線（X-ray），迄今仍保留在宇宙中，能被科學家們所偵測得到。利用研判此類射線的強度分佈變化，科學家們相信，「黑洞」在早期宇宙中的「活動力（activity）」，至少數百倍髙於現今的活力。

事實上，在漫長的宇宙演化史中，科學家們咸信，這些星體由於其燃燒殆盡，塌陷成為「黑洞」的個數（看不到了），遠較現今我們所能觀測到的星體（以我們地球所在的銀河系來說，就有數千億之多），為數絶對多多了。也就是因為它們的存在以及所造成的「引力」，才使得我們的銀河能如此快速的旋轉（因為，若僅以目前可見的星體數，是絶不可能的）。（待續）