差不多在发现类星体和提出黑洞的概念的同时,人们就已经在更深入地思考它们背后的东西了。如果在数十亿光年之外,在宇宙早期的动**年代,在星系的中心已经有了巨大的黑洞,那么它们肯定不可能这么容易就消失了?如果有一些星系有黑洞,为什么其他星系不应该也有黑洞?
天文学家很快注意到,在我们附近的一些离我们仅5000万光年的星系也发生了奇怪的事情。这些星系的核心似乎正在放射出明亮的光芒,喷出在射电波段非常醒目的等离子体。发光的热气体正围绕着它们的中心旋转。这些不同凡响的星系从20世纪40年代起就为人所知,并以其发现者的名字命名为赛弗特星系(Seyfertgalaxy)。这一切的背后也是黑洞在捣鬼吗?在20世纪70年代和80年代,天文学家们编制了一整套名录,把所有他们怀疑有中心黑洞的星系都写了进去。这类天体都被称为活动星系核(AGN)。那时候,这一整个研究领域都生气勃勃。在我们自己的银河系中心是否也有这样一个大质量怪物?
英国天体物理学家唐纳德·林登-贝尔和马丁·里斯(MartinRees)早在1971年就准确地提出了这个猜想,并且预测,跨大洲级别的射电干涉仪(即VLBI实验)可以探测到诸如银河系中心黑洞这样的紧凑的射电源。
射电天文学家立即着手寻找,仅仅三年后,布鲁斯·巴利克(BruceBalick)和罗伯特·布朗(RobertBrown)利用西弗吉尼亚州绿岸的射电干涉仪,在我们的银河系中心确实发现了这样一个物体。他们以一线之差击败了格罗宁根大学的罗恩·埃克斯(RonEkers)和米勒·戈斯的团队。埃克斯和格斯的团队将来自加利福尼亚欧文斯谷的干涉仪的数据与来自荷兰韦斯特博克前集中营遗址的全新射电干涉仪的数据结合起来,同样确认了这个神秘的射电源的发现。
这个新发现的射电源位于一个被称为人马座A的区域中间,该区域被认为是银河系的心脏区域,也就是所谓银心。人马座A是人马座中最亮的射电源,第二亮的叫人马座B。在巴利克和布朗发现的几年后,各种文章里一提到它,还总是称它为“银河系中心的紧凑射电源”。最终,罗伯特·布朗厌倦了这种说法,将其缩写为人马座A*(SagittariusA*)——星号只是为了表明这是一个非常令人兴奋的天体。因为天文学家们懒得打字,他们一般会把它进一步缩写,说成SgrA*[118]。科学记者们一想到天文命名就会绝望地捂起脑袋,但对我们天文学家来说,这是很自然、很正常的。
很快,人们也开始对SgrA*进行VLBI测量,希望得到更清晰的图像,但结果却令人大失所望。该物体看起来无聊透顶:一个几乎是圆形的、略微扁平的圆球。想象中的黑洞可不是这样毫不起眼。在接下来的几年里,人们使用了越来越高的频率,冀求获得更清晰的图像,但仍然只能看到一个圆球,不过现在是一个更小的圆球。然后,射电天文学家们恍然大悟:对于射电辐射来说,银河看起来就像一块巨大的磨砂玻璃,模糊了细小的结构。他们只看到了银河系中心发生的模糊图像——银河系盘中的热气体和尘埃遮挡了我们的视线。多么令人失望啊!
这对可见光来说更是如此。我们银河系圆盘中密集的气体-尘埃云不仅像在射电范围内一样散射可见光,甚至完全吸收了它,阻挡了这个幕布后面的所有视线。银河系会永远保持其秘密吗?
在我刚刚开始博士论文时,这层面纱突然揭开了。在一个临时的小型研讨会上,来自德国各地的专家聚集在波恩,报告了他们关于我们银河系中心的最新的、尚未发表的发现。我激动了起来。
1988年,当时的波恩马普所主任彼得·梅茨格尔(PeterMezger)和他的合作者罗伯特·齐尔卡(RobertZylka)领导的小组首次在1.3毫米波长处对SgrA*进行了测量。这正是我们后来用于图像的毫米级波长范围。虽然他们只有一台望远镜,无法拍摄到清晰的图像,但似乎SgrA*在那里的辐射出奇地强烈。但更令人惊讶的是,在更高的频率下,在远红外线中,辐射急剧下降,什么也看不到。那么是什么产生了这种毫米波辐射?黑洞附近的超热气体,还是只是更遥远的温暖尘埃云?
在20世纪90年代,波恩马普所和波士顿麻省理工学院的海斯塔克天文台的小组已经率先开发了毫米波VLBI技术。我在波恩的同事托马斯·克里希鲍姆(ThomasKrichbaum)刚刚对人马座A*在43千兆赫(即7毫米)的波长进行了首次VLBI测量,并解释了他的全新结果。这些是迄今为止在最短波长下对该物体拍摄的最清晰的图像。射电波段的毛玻璃效应随着较短的波长而呈4次方递减。看起来,我们终于可以看清更多的东西,而不仅仅是一个无聊的圆球。在一个方向上,这个圆球凸出了一些。这个凸起是小型等离子体喷流的模糊轮廓吗?就和大型类星体的情形差不多?
然而,小型会议的亮点是来自慕尼黑附近加兴(Garching)的马克斯·普朗克地外物理研究所的赖因哈德·根策尔小组的非凡成果。他与安德烈亚斯·埃卡特(AndreasEckart)一起,将一台近红外相机对准了银河系中心。人们使用这种相机作为夜视设备,因为通过它们能够看到人眼不可见的热辐射。红外光的波长比我们眼睛看到的光要长得多,但它也更容易穿过我们银河系的尘埃面纱。突然,在中心的黑暗中看到了一些东西——一道亮光。这是黑洞的光辉吗?
这个光点非常模糊,没有焦点,因为地球的大气层扭曲了星光。恒星的光在经过漫长的太空旅行后穿过重重大气时就会闪烁。这种效果在炎热的夏天很常见:空气在加热的沥青路上方上升、闪动并形成条纹,扭曲所有图像。同样地,大规模的扭曲在大气中上演。在地球上,我们的印象是星星在闪动。另一方面,从太空看,它们根本没有闪烁。而这正是空间望远镜对研究如此重要的原因。不过,对于近红外光来说,地球造成的失真作用没有对于可见光来说那么糟糕。
根策尔和埃卡特想出来一个妙招,从此在地球上也能获得清晰的图像。他们不再进行长时间曝光,而是拍了一部银河系中心的“慢动作电影”。这使他们能够捕捉到光斑的狂舞。在每一帧中,恒星就像被冻结了一样,然后在计算机中,他们可以通过巧妙地叠加许多帧来纠正光斑来回的弹跳。这个近红外的圆球变得越来越清晰,分解成了25颗单独的恒星。所以,这些光不是来自黑洞。然而,这些微弱的光点中,有一个非常接近射电源SgrA*。这会是人们热切期待的射电源的对应物吗?我们都很兴奋。
长期以来,天文学家在不同的波长范围内寻找黑洞,但一次又一次,被认为是人马座A*的东西只是一颗恒星。多年后,事实证明,这个例子也是如此。如果人马座A*是一个黑洞,那么它在几乎所有的波长下都是非常黑暗的,唯一的例外就是射电光。
尽管那天会议上的很多内容只是猜想,而且并不完全正确,但我仍然深深感到有些特别的东西正在发生,一扇通往黑洞的新门户打开了。此刻,我们还是通过黑暗的镜子看到它们,但很快会有一天,我们将能够与它们面对面相望。
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