“現(xiàn)在我就要爆炸了，”他大聲喊道，“我要點(diǎn)燃整個(gè)世界，我要聲威大震，讓所有的人在這一年里都不再談?wù)搫e的事情。”的確他真的爆炸了。呼！呼！呼！火藥爆炸了。這是千真萬(wàn)確的?！鯛柕隆渡衿娴幕鸺?/font>
類星體的焰火
碧聲
幼年的宇宙里非常擁擠，年輕的星系們經(jīng)常會(huì)相撞，發(fā)生融合。大多數(shù)初生星系的中央有著中等大小的黑洞，這些黑洞在星系融合時(shí)也會(huì)結(jié)合成更大的黑洞。如今觀察到的多數(shù)大星系，中央都盤(pán)距著質(zhì)量達(dá)到幾百萬(wàn)乃至幾十億個(gè)太陽(yáng)質(zhì)量的巨大黑洞。
黑洞有著吞噬一切的惡名。周?chē)臍怏w塵云在其強(qiáng)大的引力作用下，會(huì)達(dá)到極高的速度和溫度，螺旋運(yùn)動(dòng)著跌入黑洞，使這個(gè)無(wú)形巨怪的體重繼續(xù)增加。但黑洞的貪婪并不是無(wú)休止的。天文學(xué)家觀察了幾十個(gè)星系后發(fā)現(xiàn)，星系中央黑洞的質(zhì)量大概是星系中所有恒星總質(zhì)量的1/500，不會(huì)長(zhǎng)得更大。
是什么因素限制了黑洞的食量與體重？美國(guó)和德國(guó)科學(xué)家最近對(duì)兩個(gè)星系相撞并融合的過(guò)程進(jìn)行了計(jì)算機(jī)模擬，為解釋以上現(xiàn)象提供了線索。按照他們的模擬結(jié)果，大黑洞在經(jīng)歷稱為“類星體”的成長(zhǎng)階段時(shí)，周?chē)鸁霟岬臍怏w物質(zhì)會(huì)爆發(fā)，產(chǎn)生一股強(qiáng)大的宇宙風(fēng)，將絕大部分氣體塵云從黑洞附近乃至整個(gè)星系里刮走，拋入深空。放完這個(gè)巨大的宇宙焰火之后，黑洞沒(méi)有了食料，質(zhì)量不再增長(zhǎng)；星系也沒(méi)有了制造恒星的原料，恒星不再誕生。星系成熟了，世界清靜了。
類星體是一種極其明亮的古怪天體，它于1960年代首次被發(fā)現(xiàn)。由于看起來(lái)很像恒星，又發(fā)出強(qiáng)烈的射電波，因而被稱為“類恒星射電源”，英文縮寫(xiě)為quasar，譯作類星體。經(jīng)歷了長(zhǎng)時(shí)間爭(zhēng)論后，許多天文學(xué)家現(xiàn)在認(rèn)為，與另兩種古怪天體——賽弗特星系（一種有著亮而小的核的星系）及耀變體（一種在可見(jiàn)光波段不明亮，但在射電波段極明亮的天體）一樣，類星體的本質(zhì)是劇烈活動(dòng)的星系核。在那里，熾熱氣體在跌入巨大黑洞的途中發(fā)出強(qiáng)烈的射線，使得遠(yuǎn)在幾十甚至上百億光年外的我們也能看到。
美國(guó)卡耐基－梅隆的Tiziana Di Matteo，和德國(guó)馬克斯－普朗克天體物理研究所的Volker Springel等人，用超級(jí)計(jì)算機(jī)模擬了早期宇宙里兩個(gè)星系相撞的情形。這是人們第一次在模擬中發(fā)現(xiàn)星系中央黑洞合并的破壞性效果。在大約1億年的時(shí)間里，黑洞質(zhì)量不斷增長(zhǎng)，將更多氣體燃料吸引到自己身邊，氣體在向黑洞靠近時(shí)變得更熱、更明亮。這樣，融合后的星系核就成了一個(gè)類星體。就在這個(gè)類星體階段里，某種事件發(fā)生了，熾熱氣體突然爆發(fā)出巨大的能量，產(chǎn)生強(qiáng)風(fēng)，阻止物質(zhì)繼續(xù)落入黑洞，并將大部分氣體拋到星系之外。這一過(guò)程阻止黑洞繼續(xù)生長(zhǎng)，使星系停止制造恒星，當(dāng)然，也結(jié)束了類星體自己的生命。模擬顯示，在小星系中央，類星體產(chǎn)生的風(fēng)很快就刮走了幾乎所有的氣體，結(jié)果星系里的恒星很少；大星系則有更多氣體和更大黑洞，有時(shí)間制造更多恒星。有關(guān)成果發(fā)表在2月10日的《自然》雜志上。
本期封面圖片就是模擬出的星系相撞過(guò)程，從上到下分別是兩個(gè)螺旋星系相撞合并、類星體形成、宇宙風(fēng)刮走物質(zhì)等各個(gè)階段。最終星系中只剩下很少的氣體，和一個(gè)巨大黑洞。圖中不同顏色代表氣體的不同溫度和亮度。類星體在華麗的焰火中消亡，它們的壽命與星系本身相比非常短暫。早期宇宙中有很多類星體，但大多數(shù)已經(jīng)這樣消失，所以人們觀察到的類星體很少，而且總在極其遙遠(yuǎn)的地方——也就是離我們極其遙遠(yuǎn)的年代。年紀(jì)大的星系都已經(jīng)太成熟，早就過(guò)了類星體階段。
模擬顯示星系中央黑洞質(zhì)量與星系中恒星總質(zhì)量直接相關(guān)，這與觀測(cè)結(jié)果相符，意味著黑洞可能是星系形成過(guò)程的密切參與者。星系與其中央黑洞的起源，一向是先有雞還是先有蛋的問(wèn)題。有人認(rèn)為先有黑洞，氣體在被吸引著靠近黑洞的過(guò)程中，擠壓得更致密而形成恒星。也有人提出，黑洞與星系同時(shí)誕生、共同成長(zhǎng)。近年的一些觀測(cè)結(jié)果以及上述模擬過(guò)程都支持后一種理論。當(dāng)然這只是一個(gè)簡(jiǎn)單的模擬，真正的過(guò)程極其復(fù)雜，而且科學(xué)家還不明白類星體是怎樣爆發(fā)出能量的。不過(guò)無(wú)論如何，這是一個(gè)好的開(kāi)始。
