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第26章 形形色色的太空迷雾(4)

木星南半球还有一个巨大的呈椭圆状的白点,有人认为那是由木星表面的飓风形成的云柱,木星是一个狂飙肆虐的地方。也有人设想,橘红斑可能是巨大的风暴,外面看是一个强大的漩涡,或者是一团沿逆时针方向迅速旋转并猛烈上升的强气旋。气旋中含有红磷化合物,所以呈橘红色。

旋臂密度分布之谜

漩涡星系都有几条美丽动人的长臂——旋臂,旋臂上拥挤着密集的星星和气体尘埃。然而,旋臂的存在却令人费解。一般说来,在引力作用下,星系应该是一个扁圆盘,不可能形成漩涡结构。即使暂时出现旋臂,在星系自转过程中,由于靠里面的恒星转动得快,外边的转得慢,星系形成不久旋臂就会缠紧。可是从银河系诞生到现在,太阳已经围绕银河中心旋转了20多圈,却没有发现旋臂缠紧。这究竟是怎么回事呢?密度波理论能较好地回答这个问题。

密度波是一种形象的比喻。假设有一段马路正在翻修,漩涡旋臂路面上只留了一条窄小的通道,那么这个地方就会显得非常拥挤,尽管汽车还是一辆辆地过去了,如果从天空中鸟瞰,好像看到这里一天到晚挤满了车辆。在星系中,旋臂就好像翻修的路段,这个地方恒星比较多,引力强,所以不仅吸引了大量的气体尘埃,而且当恒星通过这里时,都减慢了速度,使这里显得拥挤,远远看去就呈现出漩涡状的结构。事实上,旋臂中的恒星是不断地运动、更替的。

密度波只是告诉我们漩涡到底是什么,至于为什么偏偏会形成这样的密度分布,还是一个没有解开的谜。神秘的宇宙“黑洞”

几十年以前,科学家们根据爱因斯坦广义相对论的理论研究,就预言了这种叫做“黑洞”的天体。

黑洞是一种非常奇怪的天体。它的体积很小,而密度却极大,每立方厘米就有几百亿吨甚至更高。假如从黑洞上取来小米粒那样大小一块物质,就得用几万艘万吨轮船一齐拖才能拖得动它。如果使太阳变成一个黑洞,那么它的半径就得收缩至不到3千米。

因为黑洞的密度大,所以它的引力也特别强大。大家都知道,由于地球的引力,踢出去的足球还会落到地球上。而速度很大的人造卫星,就能够克服地球的引力作用飞到太空去遨游。黑洞的情况和地球可就不太一样了,黑洞的引力极其强大,黑洞内部所有的物质,包括速度最快的光都逃脱不掉黑洞的巨大引力。不仅如此,它还能把周围的光和其他物质吸引过来。黑洞就像一个无底洞,任何东西到了它那儿,就不用想再“爬”出来了。给它们命名为“黑洞”是再形象不过了。

据推测:“黑洞”是3倍以上太阳质量的老年恒星塌缩的归宿,一个质量大于3个太阳质量的恒星,当它的核燃料消耗尽以后,就将坍缩成黑洞。如果恒星质量不超过1~2个太阳质量时,就将坍缩成白矮星。如果恒星质量在1~3个太阳质量范围时,就会塌缩成中子星。

黑洞射流冲击现象黑洞既然看不见,那么我们用什么办法来找到它们呢?这就得利用黑洞的巨大引力作用了。如果黑洞是双星系统的一个成员,而另一个成员是可观测恒星,那么由于黑洞的引力作用,恒星运动会发生有规则的变化,从这种变化可以探测出不可见黑洞的存在。还有,黑洞周围的物质在黑洞强大引力的吸引下,会表现出古怪的运动方式。它们在源源不断地流入黑洞时,会发射出很强的X射线、γ射线等,这是目前寻找黑洞的另一条线索。此外,黑洞还会影响邻近光线的传播,产生所谓的引力透镜现象。当然,所有这些寻找黑洞的工作都不是轻而易举的。

“天鹅X-1”是个很强的K射线源,它有一颗看不见的伴星,根据“天鹅X-1”的运动,可以判断这颗伴星的质量约为太阳的10倍,很多人认为它可能是个恒星级的黑洞。天文学家还发现许多星系的核心有剧烈的活动,我们称它们为活动星系核。它们的中心极可能是些巨大的黑洞,在贪婪地吞食周围物质的同时,发射出极巨大的能量。有些人还认为我们银河系的中心也有一个大黑洞,它的质量是太阳的百万倍。

中子星

简单地说,中子星就是质量没有达到可以形成黑洞的恒星在寿命终结时塌缩形成的一种介于恒星和黑洞的星体。中子星有着极高的密度和质量,其密度要比地球上任何物质密度不知要大上多少倍。根据计算,当老年恒星的质量大于十个太阳的质量时,它就有可能最后变为一颗中子星,而质量小于十个太阳的恒星往往只能变化为一颗白矮星。理论中的宇宙“白洞”

从定义上来说,白洞与黑洞是物理学家们根据黑洞在爱因斯坦的广义相对论上所提出的物体。物理学界和天文学界将白洞定义为一种致密物体,其性质与黑洞完全相反。白洞并不是吸收外部物质,而是不断地向外围喷射各种星际物质与宇宙能量,是一种宇宙中的喷射源。简单来说,白洞可以说是时间呈现反转的黑洞,进入黑洞的物质,最后应会从白洞出来,出现在另外一个宇宙。由于具有和“黑”洞完全相反的性质,所以叫做“白”洞。它有一个封闭的边界。聚集在白洞内部的物质,只可以向外运动,包括基本粒子和场,而不能向内部运动。因此,白洞可以向外部区域提供物质和能量,但不能吸收外部区域的任何物质和辐射。白洞是一个强引力源,其外部引力性质与黑洞相同。白洞可以把它周围的物质吸积到边界上形成物质层。白洞学说主要用来解释一些高能天体现象,目前天文学家还没有实际找到白洞,还只是个理论上的名词,白洞是理论上通过对黑洞的类比而得到的一个十分“学者化”的理论产物。

白洞学说出现已有一段时间,1970年捷尔明便提出它们存于类星体,剧烈活动的星系中的可能性。相对论和宇宙论学者早已明白此学说的可能性,只是这与一般正统的宇宙观不同,较不易获得承认。某些理论认为,由于宇宙物体的激烈运动,或者星系一部喷出的高能小物体,它们遵守着克卜勒轨道运动。这是一种高度理想化的推测,亦即一个地方有几个白洞,在星系核心互相旋转,偶然喷出满天星斗。喷出的白洞演化成新星系。而从星系团的照片中可观察到一系列的星系由物质连接起来。这显示它们是由一连串剧烈喷射所形成的。照此来说,白洞可能会像阿米巴原虫一样分裂生殖,由分裂而形成星系。然而这又和目前的理论相违背。

从此看来,就是星系生成也有不同见解。有的天文学家便提出并接受宇宙之初便有不均匀物质的结块,而其中便包含了白洞。宇宙向最初奇点收缩,星系、星系群都同一动作,这当然和黑洞的奇点相似。宇宙的不同区域,其密度皆不同,收缩时首先在高密度的地方,达到了黑洞的临界密度,从此消失在事界之后,宇宙不断收缩,使不断出现高密奇点。宇宙成为大量黑洞及周围物质的集合体。然而事实上,宇宙是膨胀而非收缩的,因此它是白洞而不是黑洞。在宇宙整体性原始的大奇点中存在着密度高的小质点,它们随着膨胀向四面八方扩散,大白洞大量爆发生出小白洞。星系等不均匀物体,正是由它生成的。不均匀物体之所以易和黑洞拉上关系,皆是因为它和膨胀现状相对称的宇宙中局部收缩的过程。目前宇宙中黑洞和白洞的存在是并行不悖的,是过程的两个端点而已。黑洞奇点是物质末期塌缩的终点,白洞物质的奇点是星系的始端。只不过各过程不是同时,而是先后交错的。

科学家们普遍认为,自从大爆炸以来,我们的宇宙在不断膨胀,密度在不断减少。因此,现在正在膨胀着的天体和气体乃至整个宇宙,在200多亿年以前,是被禁锢在一个“点”(流出奇点)上,原始大爆炸后,开始向外膨胀,当它们冲出“视界”的外面,就成为我们看得见的白洞。

与上述相反的一种观点认为,由于原始大爆炸的不均匀性,一些尚未来得及爆炸的致密核心可能遗留下来,它们被抛出以后仍具有爆炸的趋势,不过爆炸的时间推迟了,这些推迟爆发的核心——“延迟核”就是白洞。

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