新疆域
                          FRONTIERS

[美]艾萨克·阿西莫夫  著
上海科技教育出版社 1999.12

扫描，校对：异调


宇宙学新疆域（FRONTIERS OF UNIVERSE），卞毓麟 何妙福  译

                        γ射线泄天机

    天文学家的“动物园”中最奇特的造物是“黑洞”。天文学家们
正在竭尽全力确定黑洞是否真正存在。最近，已出现某些似乎表明它
确实存在的证据。

    你看，一颗恒星是有可能坍缩到其原子核互相接触并变成一颗
“中子星”的。当这种情况发生时，一颗像太阳那样大小的恒星便坍
缩成一个直径仅8英里的小球，但依然包含着它的全部质量。这时它的
引力场变得极其强大：它的一茶匙物质就有100万吨重。光线本身也不
能勉强地逃离它。

    中子星是1969年才发现的，天文学家们确信它们存在。这些微小
的恒星迅速地自转，周期从每秒钟转1周到每秒钟几乎转1000周，每转
一周我们都可以探测到它发出的射电脉冲。有一些中子星在发出光脉
冲，并一亮一暗地迅速闪烁着，这时就可以被我们切实地看见了。

    然而，如果一颗中子星太大了，其重力使原子核本身都坍缩了。
那么这颗恒星就会越缩越小，而它的引力则无限地增长下去。物体可
以掉进这样一颗坍缩的恒星，却没有任何东西能抵御它的引力和能量，
因此它仿佛是太空中的一个无底洞。任何东西——甚至连光都不能从
中逃脱，因此它是一个*黑*洞。

    但是，黑洞当真存在吗？许多星系的中心发出巨额的高能辐射，
对此作出解释的最容易的方式是假定那里存在着巨大的黑洞。甚至我
们的银河系中心似乎也存在着一个大黑洞。然而，证据是间接的，它
并不能完全令人信服。

    距离我们最近的有可能为黑洞的天体，是所谓的天鹅座X-1，它是
一个X射线源。在天鹅座X-1所处的位置附近，可以看到一颗质量约为
30倍太阳质量的巨星。它似乎在太空中与天鹅座X-1互相围绕着旋转。
根据这颗星运动的特征来看，天鹅座X-1的质量大约为太阳质量的5～8
倍。但是在天鹅座X-1的位置上却什么也看不到。我们所能探测到的仅
仅是X射线。

    我们也许可以假定天鹅座X-1是一颗中子星，它小得无法看见，而
且它的射电脉冲也不朝着我们的方向。但情况不可能如此，因为一颗
中子星的质量不会超过太阳质量的三又三分之一倍。如果它更重的话，
那么其重力就会大得足以使它坍缩为一个黑洞。因此，天鹅座X-1必定
是一个黑洞。

    这仿佛是定论了，但是，它取决于这对互相绕转的天体离我们可
能有多远。如果它们离我们比想象的更近，那么这颗巨星和该X射线源
彼此之间就比我们想象的更加靠近。这时较小的质量就可以造成它们
的运动。

    我们认为，天鹅座X-1大致与我们相距10000光年，但是倘若它只
有3000光年远，情况又会如何呢？在这种情况下，这颗巨星的质量将
仅为太阳质量的10倍，而天鹅座X-1的质量则可能仅为太阳质量的2倍。
这时它就可以是一颗中子星，而不是一个黑洞了。

    如果天鹅座X-1是一个黑洞，那么它发出X射线便在意料之中。来
自其伴星的物质将被拉进这个黑洞；而当物质沿螺旋线向它下落时，
就应该发出X射线。如果该天体是一颗中子星，那么它也应该发射X射
线。但是，一颗中子星却不会发射γ射线。

    有一颗人造卫星名叫“高能天体物理天文台3号”，一直在探测来
自天鹅座X-1的X射线，并且还在探测γ射线。γ射线与X射线相似，但
由波长比X射线更短的极微小的波组成。因此在这两者之间γ射线的能
量更高。已观测到的γ射线的能量一直可以高到千倍于天鹅座X-1发出
的X射线。

    中子星拥有强大的引力场，足以使其周围物质沿螺旋线绕着它向
里越旋转越紧密，并自动发出X射线；但是这些引力场仍不足以迫使物
质沿螺旋线旋紧到发出γ射线。然而，黑洞拥有更强大的引力场，因
而能够产生γ射线。

    1988年初，位于加利福尼亚州帕萨迪纳市的喷气推进实验室的天
文学家们报道了一种观察这种物质的新方法。γ射线似乎来自一个直
径仅约300英里的小区域，那里必定存在着温度高达几十亿摄氏度的气
体。在如此高温下，这种气体将产生电子-正电子对，它们彼此涅灭而
产生γ射线。

    中子星的能量刚好不足以做到这一点，但是黑洞能做到。因此，
这一新的信息确认了天鹅座X-1是一个黑洞。