銀河系中心的黑洞射出的紫外線，或許影響了地球生命的演化。
撰文 | 亞伯拉罕·洛布（Abraham Loeb）?
翻譯 | 趙劍琳
1939年，阿爾伯特·愛(ài)因斯坦在《數(shù)學(xué)年鑒》（Annals of Mathematics）上發(fā)表了一篇論文，宣稱自然界中不存在黑洞。但僅僅25年后，馬爾滕·施密特（Maarten Schmidt）發(fā)現(xiàn)了類星體——一種在遙遠(yuǎn)宇宙中極為明亮的光源。上世紀(jì)60年代中期，蘇聯(lián)的雅科夫·澤爾多維奇（Yakov Zel'dovich）和美國(guó)的埃德溫·薩爾皮特（Edwin Salpeter）認(rèn)為這種神秘的點(diǎn)狀光源是正在吸收宿主星系氣體的超大質(zhì)量黑洞。當(dāng)氣體流入黑洞時(shí)，它會(huì)產(chǎn)生類似水槽排水時(shí)的渦流。在環(huán)繞著黑洞的最內(nèi)層穩(wěn)定圓形軌道（ISCO）上，氣體會(huì)以接近光速的速度流動(dòng)，氣體之間的湍流粘性會(huì)讓氣體在摩擦中升溫。
因此，黑洞的吸積盤(pán)會(huì)逐漸變得明亮，向外輻射接近其靜止質(zhì)量1/10的物質(zhì)，產(chǎn)生的亮度甚至可能超過(guò)其宿主星系中全部恒星的總和。幾十年后，天文學(xué)家發(fā)現(xiàn)幾乎所有星系的中心都存在一個(gè)超大質(zhì)量黑洞，它們通常保持著沉寂，只會(huì)零星地爆發(fā)，每次持續(xù)數(shù)千萬(wàn)年。
2020年，安德烈亞·蓋茲（Andrea Ghez）和賴因哈德·根策爾（Reinhard Genzel）因?yàn)樽C實(shí)了銀河系中潛伏著一個(gè)處于沉寂狀態(tài)的超大質(zhì)量黑洞，而獲得諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。這個(gè)黑洞名為半人馬座A*（縮寫(xiě)為SgrA*），質(zhì)量相當(dāng)于400萬(wàn)個(gè)太陽(yáng)。它正處在休眠狀態(tài)，散發(fā)出微弱的無(wú)線電波，目前的亮度只有它“進(jìn)食”時(shí)期的十億分之一。
雖然SgrA*目前很黯淡，但我們?nèi)阅芑谝恍┚€索判斷出它一度極其耀眼。這并不令人驚訝，因?yàn)楫?dāng)氣體云靠近銀河系中心或者恒星進(jìn)入SgrA*的視界（大約等于日地距離）10倍距離以內(nèi)時(shí)，就會(huì)因?yàn)閺?qiáng)大的潮汐力“面條化”，形成一條氣體噴流，產(chǎn)生如同類星體的光芒。
SgrA*的軌道平面上存在著大量年輕恒星，這是證明SgrA*在最近的“進(jìn)食”時(shí)期曾吸入大量氣體云的確鑿證據(jù)。由于SgrA*附近的恒星年齡還不到銀河系年齡的百分之一，基于哥白尼原則（Copernican principle，觀測(cè)的時(shí)刻并不特殊），圍繞著SgrA*發(fā)生的大型氣體云吸積過(guò)程必然已經(jīng)發(fā)生過(guò)上百次。實(shí)際上，科學(xué)家已經(jīng)觀察到一對(duì)被稱為費(fèi)米氣泡（Fermi bubbles）的大型熱氣團(tuán)，正沿著銀河系中心的旋轉(zhuǎn)軸向外發(fā)散。這意味著SgrA*在最近一次氣體云吸積過(guò)程中，可能促進(jìn)了它們的擴(kuò)張。理論計(jì)算顯示，黑洞吸積過(guò)程除了擾亂大量的氣體云外，單個(gè)恒星也會(huì)因?yàn)橐χ饾u靠近黑洞，以每一萬(wàn)年為周期發(fā)生潮汐瓦解事件。當(dāng)大量殘骸被SgrA*吸入時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)明亮的耀斑。
SgrA*爆發(fā)形成的耀斑會(huì)影響地球上的生命嗎？原則上來(lái)說(shuō)，會(huì)，因?yàn)?/span>耀斑會(huì)釋放具有破壞性的X射線和紫外線。我與我之前的博士后約翰·福布斯（John Forbes）合作，在2018年證明了如果太陽(yáng)系與銀河中心的距離縮小到現(xiàn)在的1/10，SgrA*爆發(fā)產(chǎn)生的紫外線就能蒸發(fā)掉火星或地球的大氣層。即使距離較遠(yuǎn)，紫外線依然會(huì)抑制復(fù)雜生命體的生長(zhǎng)，就像在你頻繁踩踏的草地上，小草難以生長(zhǎng)。
以太陽(yáng)系目前的位置來(lái)說(shuō)，來(lái)自SgrA*的紫外線對(duì)于地球生命是安全的。不過(guò)，近期有研究指出，太陽(yáng)在誕生初期可能非?？拷y河系中心，在“引力反推”的作用下，它才移動(dòng)到了現(xiàn)在的位置。
按照這個(gè)理論，太陽(yáng)曾近距離暴露在SgrA*的紫外線下，這可能已經(jīng)對(duì)地球早期的復(fù)雜生命造成了傷害。這也能解釋為什么在經(jīng)過(guò)20億年后，地球大氣中的氧氣濃度才升到如今的水平——或許直到那時(shí)，地球離SgrA*才足夠遠(yuǎn)。最近，我正與馬納斯維·林加姆（Manasvi Lingam）合作，探究地球生命與太陽(yáng)到銀河系中心距離變化的潛在聯(lián)系。
通常來(lái)說(shuō)，太陽(yáng)是唯一能對(duì)地球生命產(chǎn)生影響的光源。但SgrA*黑洞或許也在地球生命的演化中發(fā)揮了重要的作用。如果SgrA*和地球生命之間的聯(lián)系得到確認(rèn)，這個(gè)超大質(zhì)量黑洞很可能為研究者帶來(lái)另一個(gè)諾貝爾獎(jiǎng)。
關(guān)于作者
亞伯拉罕·洛布是哈佛大學(xué)天文學(xué)系前主任，哈佛和史密森天體物理中心理論與計(jì)算研究所所長(zhǎng)。
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