黑洞遥远又神秘，长相再次被超级望远镜“捕捉”到，本期借此破解与黑洞有关的迷思。
《澳大利亚天文学会刊物》本月中旬报道，澳洲国立大学天文学家领导的团队发现了90亿年来成长最快的黑洞。这个超大质量黑洞的质量相当于30亿个太阳，每秒钟吞噬物质的质量相当于一个地球。
每秒一个地球，那胃口也太……
我竟然开始担心，地球会不会被黑洞吞噬，慌乱之中，我给老朋友、本地科普工作者冯俊源发了问题。
冯俊源认真回答（我猜他肯定先翻了白眼）：“我读了这份报告，这个黑洞有30亿个太阳的质量。虽然听起来骇人听闻，但文章作者克里斯蒂安·伍尔夫（Christian Wolf）副教授指出这极为罕见，他相信不会找到另一个如此相似的黑洞。”
意思是超质量黑洞出现在地球附近不太可能。
我查询美国NASA网站，一篇科普文章直接告诉我：“黑洞不会在太空里到处吞噬星星月亮和星球。”
黑洞。
时不时就有人谈黑洞。
黑洞到底是什么？今天或许就可以借着我因为一则新闻出现的下意识恐慌，来谈谈黑洞。
普遍认为，每个星系的中心都存在超大质量的黑洞。地球所处的银河星系，那个超质量黑洞就是最近被拍摄到的人马座A*（Sagittarius A*）。
今年5月12日，事件视界望远镜全球合作单位发布了第一张人马座A*照片。这张照片跟2019年事件视界望远镜团队拍摄到的人类历史上第一张黑洞照片——室女A（Virgo A）星系的黑洞照片，看起来特征基本吻合，但科学家表示可以观测这两个黑洞的不同样貌和表现进一步观察其周围环境。
捕捉到黑洞周边的信息
人马座A*质量为太阳的400万倍，距离地球2万6000光年。
根据已故科学家史蒂芬·霍金（Stephen Hawking）的定义，黑洞是“无法逃脱到远距离的事件集合。黑洞的边界即事件视界，是由无法逃脱黑洞的光线形成，永远停留在边界。”
关于“事件视界”，霍金还俏皮地比喻：“有点像是想逃警察，但永远只在警察前面一步，无法彻底摆脱。”
老友冯俊源则告诉我：“‘事件视界’可以视为一个结界，界内的任何事件都无法对界外产生影响。界外也无法探测界内的任何事件。”
因此最近这两张黑洞照片，事件视界望远镜捕捉到的，其实是黑洞周边的信息。
说真的，两张照片看起来很模糊，肯定很多人像我一样，不知轻重地埋怨：还不如艺术家之前设计的想象图呢！
不过对科研工作者来说，黑洞照片却是历史性、破天荒的。
冯俊源说：“对物理学家，尤其是天文和宇宙学家来说，这两大实体观测意味着已有100多年历史的广义相对论仍然站得住脚，能够解释极大的重力场对于物体的影响。室女座A*和人马座A*黑洞的质量分别是太阳质量的66亿倍和430万倍，而这极大的质量具有极大的重力场。物理学家的理论计算和实际观测结果十分符合，无疑是对物理界的一大强心针。”
至于他个人感受则是：“天呀，黑洞果然正如我想象！”
冯俊源告诉我：“我们终于能在有生之年观测到和我们相隔万亿公里之外的黑洞。在大学时学的理论和方程式，能够让我们准确预测这两个‘甜甜圈’的大小和质量。太不可思议了。”
模糊的画面其实有着清晰的解释，和严格的理论背景。
冯俊源解释，黑洞周围的光有几种来源。以室女A*黑洞来看，它的极强引力吸引并加速周围的物质。当这些物质加速、彼此碰撞，能量会以光的形式被释放出来。另一方面，它的强磁场使这些物质加速得更快，形成“相对论性喷流”。
“相对论性”的意思是：速度极快，通常是光速的百分之十或以上。
根据物理，速度最快的是光，而就连光也无法逃离黑洞。
冯俊源说，黑洞周边其他光的来源包括“引力透镜”的作用。他解释：黑洞的强引力能够扭曲周围的光。如果黑洞的背景有星体或星系，它们的光线会被黑洞给弯曲，最后照射至地球的观测者，因此从地球看到的，不是黑洞本身的光。
所以说黑洞处于中心阴影的部分。
星系诞生与黑洞有关
黑洞有分原生黑洞与恒星塌缩形成的黑洞，星系诞生也与黑洞有关。
科学家认为原生黑洞在大爆炸（Bing Bang）之际诞生。本文最初提到澳洲研究者发现的超大质量黑洞，距离地球70亿光年，这意味着我们现在观测到的是70亿年前的情况。而大爆炸估计是在138亿年前发生，也就是说这个超大质量黑洞可以帮助人类了解更接近大爆炸时期的情况。
至于恒星塌缩成为黑洞，霍金在其《图解时间简史》就观察黑洞形成设计了一个情境：“假设崩塌的恒星上面有一个勇敢的太空人，跟着恒星往内塌陷的他，按着手表每隔一秒钟送出一个讯号给环绕恒星的太空船。假设在手表的11:00时，恒星会塌缩至临界半径以下，重力场强到没有东西可以逃脱，太空人的讯号也无法再传到太空船了。随着11:00的接近，在太空船上接收讯号的伙伴将会发现每个讯号的间隔越来越久，但是此效应在10:59:59之前都非常小，在10:59:58的讯号与10:59:59送出的讯号之间，等待时间只比一秒钟略长一点而已，但是对于11:00的讯号则必须等待无穷的时间了。从太空船上来看，按照太空人的手表在10:59:59与11:00之间，从恒星表面发出的光波将会散布在一段无穷的时间里。在太空船上，连续抵达的时间间隔将会越来越久，所以恒星的光线会越来越红，也越来越黯淡，直到最后从太空船上看不见恒星为止，只会在空间中留下一个黑洞。”
另一方面，根据理论，当一定质量的恒星燃料用尽之后，就会形成黑洞。
那么当太阳燃料耗尽，会不会变成黑洞？
冯俊源再次摇摇头，认真回应了我的不安：“太阳的质量不足以成为黑洞。太阳在临终的时候，将成为红巨星（red giant）。中心崩塌收缩而加热，同时外层因温度上升而产生更多核聚变的能量。此时太阳体积会变大许多，地球即使没被吞噬，也会因太阳的回光返照而焚毁。”
根据《图解时间简史》，尘埃与气体构成的初生恒星云在重力吸引下崩塌，进而形成恒星。质量最小的恒星，又称棕矮星，在燃料用尽之前保持不变。其他以氢气为主要燃料的主序星，分三种级别，一种是1倍太阳质量，一种是10至30倍太阳质量，最后一种是30倍以上太阳质量。
燃料用尽，1倍太阳质量的主序星会变成红巨星，最后崩塌形成白矮星。10至30倍太阳质量的主序星则会先形成超巨星，其中10倍太阳质量的恒星最终崩塌形成中子星，30倍太阳质量的恒星最终会崩解形成黑洞。
黑洞不会无限扩大
黑洞虽然引力极强，但不会无限扩大。
冯俊源解释：“当黑洞的引力吸引大量的物体时，这些物体将加速、加热而成为等离子体（物体第四态）。等离子体会向外发出极大的辐射，足以抵消黑洞引力的影响。这向外的辐射和向内的引力相互平衡，所以黑洞的大小是有上限的。”
那黑洞最后会怎样？霍金在书中说：“当最后黑洞的质量变得极小时，到底会发生什么事情，现在还不是很清楚，但最合理的猜测是黑洞最后会爆发巨大辐射，相当于数百万颗氢弹的爆炸，然后完全消失。”
反正太阳还有50亿年的燃料，黑洞又距离我们太远，为什么还要花那么多资源去了解？
冯俊源说：“了解黑洞的好处主要是在科学领域方面：广义相对论在强引力场下的作用、黑洞的形成、事件视界的存在与否。对于普罗大众，我想会让大家对于科学理论更有信心，更有兴趣吧。”
黑洞遥远又神秘，长相终于被超级望远镜第二次“捕捉”到，当然根据理论，黑洞不可能被看见，所以物理学家形容黑洞没有头发（black holes have no hair），尽管霍金说黑洞其实并不黑。冯俊源解释，无毛是因为“黑洞可以只用三个外在、简单的性质来观察：质量、角动量和电荷。其他信息（意味着头发）都不见了。”
想多了解天文物理，尤其是黑洞知识，冯俊源推荐大家阅读四本书：
·霍金的《时间简史》《核桃里的宇宙》，这两本科普经典简单易读。
·美国天体物理学家克雷格·惠勒（J. Craig Wheeler）的“Cosmic Catastrophes: Exploding Stars, Black Holes, and Mapping the Universe”，适合非物理主修的读者。
·知名科普作家、美国自然史博物馆辖下海顿天象馆馆长尼尔·德格拉斯·泰森（Neil deGrasse Tyson）的《死亡黑洞》。
（特别感谢冯俊源审查文中涉及的科学内容）
太阳的质量不足以成为黑洞。太阳在临终的时候，将成为红巨星。中心崩塌收缩而加热，同时外层因温度上升而产生更多核聚变的能量。此时太阳体积会变大许多，地球即使没被吞噬，也会因太阳的回光返照而焚毁。——冯俊源
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