超大质量黑洞——包含数亿至数十亿倍恒星质量的物体——是现代天体物理学最神秘的秘密之一。它们潜伏在大部分星系的中心位置，包括银河系。考虑到它们的普遍存在，这些黑洞很可能对宇宙的形成和演变起到了很关键的作用。但它们是如何影响星系演化的？这个问题长久以来萦绕在全世界的物理学家心头。

        据中国科学报报道，1月28日，中国科学技术大学天文学系教授王挺贵和刘桂琳课题组在《自然—天文学》发表成果，他们利用光谱吸收线光变，首次得到超大质量黑洞所驱动高速气体的物理性质分布，证明高速外流气体有足够的能量影响星系演化。

        什么是黑洞

        黑洞 广义相对论所预言的一种特殊天体。具有一个封闭的视界。视界就是黑洞的边界，外来的物质和辐射可进入视界内，并被撕碎和高度凝聚；而视界内的任何物质和辐射都无法跑到外面。黑洞的引力和潮汐力异常巨大。

        黑洞按其体积可分为大、中、小三类。很多证据表明，中型黑洞是大质量恒星在生命终结时，经历爆发、内陷和坍缩后留下的，它是恒星晚期演化的一种归宿。而大型黑洞则存在于很多星系的核心中，包括银河系。小黑洞是一种原初黑洞，可能形成于宇宙早期。寻找黑洞是相对论天体物理学的重要课题。完全孤立的黑洞难于观测，因为它们不发射光或任何形式的辐射，只能根据它与其周边物质相互作用时产生的各种效应来预测其存在。

        超大质量黑洞

        超大质量黑洞 处于星系中心，质量达太阳100万至10亿倍的黑洞。20世纪60年代，发现某些星系核的体积比太阳系大不了多少，但却比整个星系还要亮。这些称为类星体的天体是最明亮的一类活动星系核。理论探讨表明，如此大的能量输出只能来自气体被一个超大质量黑洞吸积时的引力势能，或是从黑洞的自转能中抽取。由此启发天文学家猜想，许多星系核心都应当拥有超大质量黑洞。30年后，这一猜想获得了强有力的证据。银河系中心(Sgr A*)附近恒星的运动学观测表明，在距该中心1 000倍史瓦西半径（相当于太阳系尺度）以内就隐藏着一个约300万倍太阳质量的黑洞。用甚长基线阵(VLBA)对星系NGC4258核心水脉泽（微波激射）的位置和三维速度极精确的测量，提供了存在质量约为太阳4 000万倍的超大质量黑洞的证据。另一个活动星系NGC1068的水脉泽测量，提示其中心也有约为太阳1 500万倍的超大质量黑洞。哈勃空间望远镜的观测证实，几十个近距星系的核心都隐藏着超大质量黑洞，其中最大的黑洞质量可以超过太阳的10亿倍。

        超大质量黑洞产生的强大辐射可以将其周围气体电离，并吹向星际空间形成高速外流，对其所在星系造成影响。但受目前观测能力限制, 人们对外流高速气体的物理性质及其对星系演化的具体影响了解甚少。

        吸积盘理论

        超大质量的黑洞可以吸积周围物质（如尘埃、气体等密度很低的物质），形成围绕黑洞旋转的吸积盘。超大质量黑洞的吸积盘理论已成为解释各种活动星系核观测现象的标准模型。超大质量黑洞不仅吸积物质，而且也比原恒星盘物质抛射过程大得多的规模从其附近抛射出近光速的强大喷流。这种高度相对论性的物质据认为会产生能量极高的光子，其频率比可见光要高1 000亿倍。星系并合是常见的现象，所以星系核中的大质量黑洞很可能也会并合。这种灾变事件会产生强大的引力波，能在非常远的距离(红移至少高达20)被探测到。这种引力辐射可在实际并合之前一年就被探知，从而能够精确预报最后事件，使对整个电磁波谱敏感的各种望远镜得以观测它们。观测这种并合将在强引力场情况下对广义相对论提供独一无二的检验。

        “吸积盘产生强烈的多波段电磁辐射（功率超10万亿倍太阳光度），并对黑洞附近的气体产生巨大的推动力。因此，围绕黑洞‘打转’的气体又被‘推’出来。可以说黑洞是个很浪费‘粮食’的‘吃货’，浪费的食物比吃下去的还多。”该论文第一作者兼通讯作者、中国科学技术大学天文学系特任副研究员何志成介绍。“推”出来的外流气体速度可达0.1倍光速，拥有巨大能量。“外流气体所携带的能量可能会将星系中的物质‘撞’出去，改变星系的质量，从而影响星系演化。”何志成说。

质

        超大质量黑洞外流气体

        外流气体的尺度是理解外流起源及衡量其对星系环境影响的关键参数之一。然而，传统方法只能测量宽度较窄的光谱吸收线，对典型的宽吸收线外流气体束手无策。因此近30年来，科学家们仅测量了20多个外流气体的数据，其他典型气体数据还是未知。

与传统测量方法思路不同，研究人员另辟蹊径，从光谱光变的角度研究高速外流气体的性质。当黑洞、外流气体及地球三点连成一条直线时，外流气体在光谱上表现为吸收线。研究人员用望远镜观看，确定了光谱吸收线光变的原因为黑洞吸积盘辐射光度的变化。接下来，利用吸收线光变探测率曲线，推导出外流气体对中心黑洞吸积盘辐射变化的响应时标分布。

        “响应时标与密度成反比，由此我们最终确定了这些高速电离气体的密度分布，进而知道了气体的尺度和能量。”何志成表示。

利用此方法，结合美国斯隆数字巡天发布的光谱数据，研究人员首次给出大样本中近1000个外流气体的物理性质分布。确定了外流气体到中心黑洞的距离为数十光年量级，且能量超过黑洞吸积盘辐射的5%，足够影响星系的演化。

        “我们证明了这些外流气体有足够的能力对其所在星系产生影响，但这些气体是否做了这件事，还需进一步验证。”何志成表示。

        如果一个超大质量黑洞靠近地球，会发生什么？

        这种事情是有可能发生的，但不会突然发生，因为如果一个超大质量黑洞靠近地球，那么会有一些征兆。

        如果两个星系合并，那么两个星系中心的超大黑洞彼此非常靠近，在这种情况下，尽管黑洞会吞噬一些恒星，但是由于两个黑洞的引力势均力敌，会有些恒星会被急速抛出。

        假设有一个100万倍太阳质量的超大质量黑洞碰巧进入银河系，并且靠近太阳系。一旦它开始扰乱恒星的轨道，太阳系围绕着银河系中心运转的轨道会被冲断。但是太阳系绕银河系的运行轨道中断可能不会对立即地球上的生命产生灾难性影响。人类也不可能一下子就感觉到，因为这个过程可能会持续几百万年。

        那真正的灾难是什么？一旦超大质量黑洞进入距离我们几百个天文单位的位置，它就开始严重扰乱包括地球在内的所有太阳系行星的轨道，到那时地球有可能会坠入太阳，也有可能被抛出太阳系，也就是说，还没等到黑洞来吞噬地球，地球早已不知所踪了。如果地球幸运而又坚强地坚持下来，那么当超大质量黑洞距离地球只有1个天文单位时，强大的引力就会把地球撕裂，然后被黑洞吞噬。