对“食不可挡”黑洞的认识存在误区

人们在对黑洞天体的认识经常出现的错误有哪些？天体物理学家对此持有不闻不问的态度，对错误性认识的纠正有利于传播正确的科学观念。第一个常见的错误是认为所有的星系绕着星系中心的黑洞转动。人们对太阳系的运动十分熟悉，“成群结队”的小行星和行星——其中包括被美化的岩石态冥王星绕着一个中心天体的太阳转动，天文学家将太阳系一类的天体系称之为遵循开普勒运动定律的开普勒系。

在开普勒天体系中，中心天体完全支配了周围的转动天体，行星家族中的每一个成员被看成是可以测算的质点，它们绕着中心的大质量天体转动，在开普勒定律的支配下形成了偏心的椭圆轨道，平均的轨道速率随着它们与中心天体距离的增加而减少。很多人士不假思索地认为，开普勒天体系的运行法则也适用于星系，星系内的恒星和气体云绕着中心的黑洞转动，事实却不是如此。星系实际上不是某种开普勒体系，大多数恒星的轨道速率独立于它们的轨转半径。

天文学家测量了一些黑洞的质量，其中包括了人马座A*，它寄居在我们所在的银河系的中心，天文学家掌握了更多的量化指标，从中定义了星系中心的黑洞的影响范围，他们发现黑洞的影响区域大体上相当于球体的形状，在以黑洞视界为半径的球体中，强大的黑洞引力主导了恒星系，斯瓦西半径给出了黑洞引力的“边界线”。当人们将人马座A*的有关数据代入引力的计算公式中时，计算出的引力影响范围相当于半径为大约3个秒差距的球体，而一个秒差距相当于3.26光年。

天文学家一般较少地使用光年的距离尺度，但他们在媒体发布会上经常使用光年的概念，银河系的尺度达到了10万光年，3个秒差距只是很小的一个半径值，人马座A*或银河系黑洞的影响半径非常之小，天文学家估计，只有100颗或更多一些的恒星处于它的影响半径之内，相比较而言，银河系包含了大约2千亿颗恒星，在灿若星河的银河系，仅有100颗恒星遁入其中，它们绕着银心的黑洞转动。

太阳系与银河系中心的距离大于8000秒差距，地球到银河系中心的距离相当于从银河系的边缘到银河系中心距离的三分之二。人们可能感觉到人马座A*施加的引力作用似乎无关紧要，可以比较一下人马座A*或银心黑洞的质量与整个银河系质量的比值，人马座A*的质量是太阳质量的大约360万倍，整个银河系的质量相当于恒星、气体和暗物质等的质量之和，银河系的质量为太阳质量的大约10的12次方倍。

第二个常见的错误是认为黑洞会吞噬周围的一切物质，天文学家估算了在黑洞引力影响范围之外的恒星数量，这些恒星不是绕着星系中心的黑洞转动，但大约有100颗恒星受到银河系中心黑洞的束缚，它们在距离人马座A*仅3个秒差距的半径范围以内转动，是否有可能变为中心黑洞的“美味佳肴”？黑洞引力其实与任何其它天体的引力没有什么不同，有质量的物体都产生了引力。

不是所有的引力都将周围的物体“收入囊中”，除非天体在中心天体的转动轨道中出现了零值的切线速度，一般而言，大质量物体的引力驱动了周围物体的绕其转动，我们的太阳系也是如此，地球已在太阳的公转轨道周而复始地转动了45亿年，但没有发生地球跌入太阳的灾难事件。假如太阳变成了一个同等质量的黑洞，那么地球仍然在同样的公转轨道上转动，简单说来，地球绕太阳轨道的转动遵循物理学的角动量守恒定律，这一定律可以从牛顿定律推导出来。

绕黑洞转动的天体确实存在非牛顿力学概念的进动效应，而广义相对论预测了这些天体的进动现象，只有在非常靠近黑洞视界区域的绕转天体才会产生“进动”。假如某个天体靠近了黑洞的视界，那么人们主要不是关心绕转天体的轨道进动，主要是担心更重要的物理问题，大约有100颗恒星处在距离人马座A*3个秒差距的范围，天文学家开始担心所谓的黑洞“潮汐力效应”，他们有时将黑洞的潮汐效应比喻为意大利面条。

潮汐力的强度遵循引力的基本规律：引力强度的下降与物体之间距离的平方成正比。当恒星的转动轨道与黑洞靠得太近时，由于朝向黑洞一边的物体比背向黑洞一边的物体受到了更大的引力作用，两边的引力差达到一定的程度时，那么恒星自身的引力抵御不了潮汐力的作用，恒星在潮汐力的瓦解下将会被撕裂成碎片，黑洞截获了从瓦解的恒星中释放的气体物质，好像战争的胜利者从战争的失败者截获了战利品。

（编译：2016-7-7）

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