黑洞又一奥秘 超高温下竟有冰存在

【正见新闻网2015年06月29日】

广义相对论提出一个世纪以来,为天体物理和宇宙学的发展提供了许多理论支持。尤其是黑洞的预言,更使研究者们感到特别的兴趣。人们无数次以为自己对宇宙很了解,可伴随着一些新的发现,曾经认为理所当然的事实还在被不断打破。

最近,由欧洲南部天文台在智利设立的超大天文望远镜又有一项不寻常的发现。观测证实了在银河系中心的超重黑洞(supermassive black hole)附近存在着冰(固态水)和碳氢化合物。然而,宇宙学家认为,超重黑洞周围的温度可高达100万度,比太阳表面温度还要高。在这样的极端环境下,水只能以气态存在,所以这次的发现可以说是颠覆性的。

1. 超重黑洞

许多科普读物给人们带来一种固有而未必正确的观念,就是黑洞一定是极端致密的物体。的确,对于像地球这样大质量的星球,预想形成黑洞,需要压缩到比乒乓球还小,其密度之巨可想而之。然而,高密度其实并非黑洞固有的特性。有一种黑洞其质量巨大无比,但其密度却可以比空气还小。根据上个世纪初德国物理学家史瓦西得到的爱因斯坦方程的解,质量越大的物体要形成黑洞,其密度反而会更小。人们把这种高质量、低密度的黑洞叫做超重黑洞。

2. 高温环境

宇宙学家普遍认为,在任何星系的中心都存在着这种超重黑洞,包括我们生活的银河系。在这庞然大物周围的一切物体,比如宇宙尘埃等,会在强大的引力作用下被吸附到黑洞附近,日积月累形成一个巨大的环带状物,称为“吸积盘”(accretion disk)。吸积盘里大量物体杂乱无章地互相碰撞着,产生热量,加之黑洞本身发出的大量辐射,使这里的温度变得非常高。因此,在这一新的研究发现之前,人们一直认为水不可能以冰的形态存在于超重黑洞周围。

3. 目前的解释

该研究团队相信,冰能够在超高温环境下存在,是由于他们粘附在稀疏的尘埃颗粒上,而尘埃颗粒形成团簇(cluster)将冰包围在其中,形成了天然的屏障。这避免了冰直接受到外界热运动和辐射的影响,可以保持较低的温度。他们观测的数据显示,冰的温度大约在-263到-193摄氏度。

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