黑洞的光明一面：是星系的形成和演化的關鍵

十多億年前，在一個遙遠星系中的兩個黑洞相互旋轉，泛起了時空的漣漪。去年12月，這些時空漣漪到達位於美國的激光干涉引力波天文台（LIGO），這標誌著歷史上第二次探測到引力波。第一次則是發生在三個月之前。

黑洞是真實存在的，並且它們穿過茫茫宇宙與我們直接對話。

在大眾文化中，黑洞是一種隱形毀滅者的終極比喻：一種黑暗、無法逃脫之力能吞噬其前進道路上的一切東西。即使是光也無法逃脫黑洞那強大的引力。然而，黑洞是宇宙中一些最基本、無處不在並且最明亮的天體。

黑洞被首次提出是作為恆星死亡的一種自然結果。現在有跡象表明，黑洞也可能是星系的形成和演化的重要組成部分。

我們的銀河系中充滿了黑洞，據估計有數億個。產生黑洞的一種最簡單的方法就是質量比太陽大許多倍的恆星在耗盡燃料之後，它會因無法抵抗自身的引力而坍塌，然後形成黑洞。

對物理學家而言，一個黑洞是相當簡單的：它是只被質量、自旋（從前身恆星的自旋中餘下）、或可能還有電荷所定義的一種純粹的時空天體。根據有待證明的理論，黑洞不擁有任何其他屬性。然而，從天文學家的觀點來看，黑洞卻一點也不簡單。

第一個恆星黑洞發現於1964年，當時天文學家把注意力集中在一種強大的X射線和無線電波源。它被命名為天鵝座X-1，這是它所處的星座。天鵝座X-1產生光，而不是吞噬它。那是因為它並不孤獨：天鵝座X-1是個雙星系統，擁有一顆藍色超巨星，正在慢慢被黑洞吞噬。

天鵝座X-1是屬於X射線雙星系統

當恆星靠近黑洞時，它就會被黑洞吸取氣體形成吸積盤，使黑洞變得可見，這就像東西被捲入龍捲風中使龍捲風變得可見。這樣的系統被稱為X射線雙星，它們很容易被X射線望遠鏡發現。但更巨大的黑洞可以亮過整個星系。

質量高達太陽的數百萬到數十億倍的超大質量黑洞可成為宇宙中最明亮的天體。據我們所知，在每一個適當大小的星系中心都潛伏著一個超大質量黑洞。這樣的怪物可能是通過合并小黑洞或大肆吞噬周圍物質而形成的，大多數超大質量黑洞的成長方式可能是通過這兩個過程的混合。當活躍地吞噬氣體和塵埃，超大質量黑洞就會像X射線雙星一樣被點亮，但亮度級別要高得多。

這些強大的天體被稱為活躍星系核，是作為猛烈的物質和輻射噴流的中心區域。當物質落入黑洞進入一個酷熱、旋轉的吸積盤中時，由吸積盤和中心黑洞之間的相互作用所產生的糾纏磁場也可以驅使向外延伸數千光年的強大物質和輻射噴流。

這種猛烈的劇變使很難看到的黑洞變得更容易追蹤。我們銀河系中心的這個400萬倍太陽質量的超大質量黑洞就是通過觀測它吞食了少量的星際氣體和塵埃以及它周圍的低軌道恆星的運動而被探測到的。

天文學家們仍在努力理解星系中心的超大質量黑洞是如何成長到這樣巨大的尺寸，但似乎很顯然，黑洞和星系的成長是息息相關的。即使一個超大質量黑洞只是構成一個星系總質量的一小部分，但這兩個似乎是彼此同步成長。兩者之間的具體影響仍然是一個謎。

黑洞是遠不只是一種很酷的抽象概念——放慢時間以及把落入其中的物體拉扯成長條狀——它們是宇宙演化和結構的核心。而我們才剛剛開始探索。

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