第6章　黑洞與行星

弱相互作用質(zhì)量粒子(WIMP)可能包含了星系中暗物質(zhì)的大部分質(zhì)量,但我們對暗物質(zhì)的調(diào)查還遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒有結(jié)束。在星系中眾多閃耀的恒星身后,還隱藏著一些更難以捉摸、同時(shí)也更加迷人的黑暗物體——黑洞和行星。盡管這兩類物體的觀測難度是眾所周知的,但它們依然不能躲過我們最新式的搜索工具——引力透鏡。

現(xiàn)在我們把引力微透鏡實(shí)驗(yàn)的望遠(yuǎn)鏡重新指向銀河系的中心,并在由恒星和氣體云組成的星系盤中,搜尋由行星和黑洞引起的小型時(shí)空彎曲。這片領(lǐng)域被證明是我們希望的所在。2006年1月,著名的《自然》雜志宣布發(fā)現(xiàn)了一顆太陽系外的新行星。這顆稍小于海王星的行星,質(zhì)量大約是地球的五倍,也是我們已知的太陽系外最小的行星。它距自己所屬恒星(比較普通的一顆恒星)的距離,大約是地球與太陽之間距離的三倍,且處于距地球2.1萬光年的銀河系中心區(qū)域內(nèi)。它的發(fā)現(xiàn)完全要?dú)w功于引力透鏡技術(shù)的應(yīng)用,事實(shí)上,這也是我們目前所掌握的唯一一種能觀測到環(huán)繞普通恒星的類地小行星的方法。

微透鏡技術(shù)同時(shí)也打破了黑洞探索領(lǐng)域的障礙。在星系盤中通常存在著數(shù)以百萬計(jì)的黑洞,它們是那些遠(yuǎn)大于太陽質(zhì)量的恒星的殘骸。星系中絕大多數(shù)恒星都在盤內(nèi)形成、生存,直至死亡,它們的遺骸也很可能會在那里出現(xiàn)。由于黑洞是不可見的,它們的位置通常只能由其對周圍可見恒星的影響而暴露出來。但對一個(gè)孤立的黑洞而言,當(dāng)它在星系中獨(dú)自遨游時(shí),卻沒有什么可見的恒星伴隨左右,因此應(yīng)該是不可能被發(fā)現(xiàn)的。但引力透鏡給我們帶來了新的希望。事實(shí)上,1999年,一個(gè)獨(dú)自飛行的黑洞曾經(jīng)引起了記錄中最長的一次微透鏡事件。

黑洞

對理論物理學(xué)家而言,黑洞就是黑洞。它可以由三個(gè)特征來描述:質(zhì)量、自旋和電荷。但天文學(xué)家則對黑洞有不同的視角,并根據(jù)大小和起源,將它們劃分為兩大類:恒星黑洞(stellar black hole)和超大質(zhì)量黑洞(supermassive black hole)。作為早期恒星的遺骸,絕大多數(shù)黑洞都是恒星黑洞。它們通常擁有幾倍或幾十倍太陽質(zhì)量,并且和那些質(zhì)量巨大的同伴相比,這些恒星黑洞更難被發(fā)現(xiàn)。而超大質(zhì)量黑洞則存在于大多數(shù)星系的中心(包括銀河系),它們可能擁有幾百萬倍甚至幾十億倍太陽質(zhì)量,并被認(rèn)為是在宇宙早期為類星體提供動(dòng)力的引擎。