日期：2021-04-18
1939年，阿尔伯特·爱因斯坦在《数学年鉴》（Annals of Mathematics）上发表了一篇论文，宣称自然界中不存在黑洞。但仅仅25年后，马尔滕·施密特（Maarten Schmidt）发现了类星体——一种在遥远宇宙中极为明亮的光源。上世纪60年代中期，苏联的雅科夫·泽尔多维奇（Yakov Zel‘dovich）和美国的埃德温·萨尔皮特（Edwin Salpeter）认为这种神秘的点状光源是正在吸收宿主星系气体的超大质量黑洞。当气体流入黑洞时，它会产生类似水槽排水时的涡流。在环绕着黑洞的最内层稳定圆形轨道（ISCO）上，气体会以接近光速的速度流动，气体之间的湍流粘性会让气体在摩擦中升温。
因此，黑洞的吸积盘会逐渐变得明亮，向外辐射接近其静止质量1/10的物质，产生的亮度甚至可能超过其宿主星系中全部恒星的总和。几十年后，天文学家发现几乎所有星系的中心都存在一个超大质量黑洞，它们通常保持着沉寂，只会零星地爆发，每次持续数千万年。
2020年，安德烈亚·盖兹（Andrea Ghez）和赖因哈德·根策尔（Reinhard Genzel）因为证实了银河系中潜伏着一个处于沉寂状态的超大质量黑洞，而获得诺贝尔物理学奖。这个黑洞名为半人马座A*（缩写为SgrA*），质量相当于400万个太阳。它正处在休眠状态，散发出微弱的无线电波，目前的亮度只有它“进食”时期的十亿分之一。
虽然SgrA*目前很黯淡，但我们仍能基于一些线索判断出它一度极其耀眼。这并不令人惊讶，因为当气体云靠近银河系中心或者恒星进入SgrA*的视界（大约等于日地距离）10倍距离以内时，就会因为强大的潮汐力“面条化”，形成一条气体喷流，产生如同类星体的光芒。
SgrA*的轨道平面上存在着大量年轻恒星，这是证明SgrA*在最近的“进食”时期曾吸入大量气体云的确凿证据。由于SgrA*附近的恒星年龄还不到银河系年龄的百分之一，基于哥白尼原则（Copernican principle，观测的时刻并不特殊），围绕着SgrA*发生的大型气体云吸积过程必然已经发生过上百次。实际上，科学家已经观察到一对被称为费米气泡（Fermi bubbles）的大型热气团，正沿着银河系中心的旋转轴向外发散。这意味着SgrA*在最近一次气体云吸积过程中，可能促进了它们的扩张。理论计算显示，黑洞吸积过程除了扰乱大量的气体云外，单个恒星也会因为引力逐渐靠近黑洞，以每一万年为周期发生潮汐瓦解事件。当大量残骸被SgrA*吸入时，就会出现明亮的耀斑。
SgrA*爆发形成的耀斑会影响地球上的生命吗？原则上来说，会，因为耀斑会释放具有破坏性的X射线和紫外线。我与我之前的博士后约翰·福布斯（John Forbes）合作，在2018年证明了如果太阳系与银河中心的距离缩小到现在的1/10，SgrA*爆发产生的紫外线就能蒸发掉火星或地球的大气层。即使距离较远，紫外线依然会抑制复杂生命体的生长，就像在你频繁踩踏的草地上，小草难以生长。
以太阳系目前的位置来说，来自SgrA*的紫外线对于地球生命是安全的。不过，近期有研究指出，太阳在诞生初期可能非常靠近银河系中心，在“引力反推”的作用下，它才移动到了现在的位置。
按照这个理论，太阳曾近距离暴露在SgrA*的紫外线下，这可能已经对地球早期的复杂生命造成了伤害。这也能解释为什么在经过20亿年后，地球大气中的氧气浓度才升到如今的水平——或许直到那时，地球离SgrA*才足够远。最近，我正与马纳斯维·林加姆（Manasvi Lingam）合作，探究地球生命与太阳到银河系中心距离变化的潜在联系。
通常来说，太阳是唯一能对地球生命产生影响的光源。但SgrA*黑洞或许也在地球生命的演化中发挥了重要的作用。如果SgrA*和地球生命之间的联系得到确认，这个超大质量黑洞很可能为研究者带来另一个诺贝尔奖。
来源：科普中国
下午14:30——17:30(夏令时)
下午14:00——17:00(冬令时)
闭馆时间：周一至周二（国家法定节假日期间另行通告）
注：以上如有调整，另行通告，许昌科技馆保留最终解释权。
