黑洞吹跑了宇宙一半的物質？

我們都可能經歷過這種倒霉的事兒：剛才它還在你眼前，然而你轉個身後回來再找，它卻不見了！「它」可能是鑰匙、遙控器之類的東西。

天文學家也經歷了類似的事情——一轉眼，宇宙中一半的普通物質就找不到了！看起來很不可思議，但這就是當前天文學家們遇到的怪事兒。那麼，這究竟是怎麼回事？

失蹤的另一半

當前，天文學家可通過觀測宇宙微波背景輻射來得出宇宙各種成分的含量——宇宙大約是由4.9%的普通物質、26.8%的暗物質和68.3%的暗能量構成。

宇宙微波背景輻射大約是在宇宙大爆炸之後38萬年形成的。上面的含量應該針對那時候的宇宙。但天文學家認為，到今天，宇宙各種成分的含量應該沒有改變。

天文學家們統計了我們所能觀測到的所有普通物質，包括構成恆星、行星、黑洞、氣體和塵埃等的物質，他們卻得到了一個令人驚訝的結果：我們找到的普通物質大約只佔了宇宙總量的2.5%。大約有一半的普通物質丟失了。

天文學家們估算出失蹤的時間大致在宇宙最初的幾十億年里。那時，一半的普通物質在宇宙中穩定下來，形成了恆星和星系，另一半卻失蹤了。

當然，失蹤只是一種通俗的說法。這些物質並不是真的從我們的宇宙中消失了，它們肯定在某個地方。那會在哪裡呢？尋找它們，可能是歷史上最大的一場「捉迷藏」。

失蹤者的身份特徵

幸運的是，這起失蹤案有著一些有用的線索。首先，失蹤的物質當然是無法直接看見的。事實上，人類肉眼只能看見宇宙非常少的一部分。即使有著強大的天文望遠鏡，太空中的絕大部分我們也是看不到的。

宇宙大部分的地方都令人難以置信的冷，溫度只比絕對零度高3攝氏度左右。這些寒冷的物質輻射出的光頻率很低，只處在微波範圍內。經過幾十年的技術進步，現在的天文學家們已經充分了解了微波範圍下的宇宙。所以，失蹤的物質肯定不是冷的。

宇宙的另一個極端，是極熱的物質，它們會輻射出紫外線、X射線。但我們當前的觀測技術還很落後，還沒能充分了解此波段下的宇宙，尤其是X射線波段。也許，失蹤的物質就是能輻射出X射線的物質？如果真的是這樣，那麼它們的溫度能達到數百萬攝氏度，大致與太陽的日冕（太陽大氣的最外層）溫度相當。

另外，失蹤的物質得是稀疏地分布在宇宙中，否則我們早就發現它們了。那麼，熾熱且稀疏的物質會是什麼呢？在過去的幾年中，天文學家們已經開始推測，它們可能離我們很近，也許就在銀河系等星系的周圍。

變為星系的大氣？

在星系中，一些星際氣體中的粒子可能會逐漸冷卻下來，聚集在一起，形成星雲，坍縮為恆星等天體。而另一些粒子會在星系強大的引力作用下，不斷地加速，速度加快，溫度也隨之提高，它們可能會被加熱到數百萬攝氏度，輻射出X射線，並遠離星系中心。

然而，星系的引力還想把這些熾熱的粒子拉回來，但這些粒子本身的熱量卻驅使它們遠離星系。最終結果是，星系周圍彌散著熱氣體暈。類似於地球周圍包裹著一層大氣，這些熱氣體暈可以被看作星系的大氣。

一些天文學家認為，失蹤的物質可能就是這些熱氣體暈。雖然我們可能無法直接看到它們，但是我們應該能夠觀測到它們產生的影響。

從遙遠的星系傳過來的光會穿過銀河系的熱氣體暈，而其裡面的粒子會吸收特定波長的光線。通過這個現象，天文學家可以揭示熱氣體暈的成分和溫度。來自美國密歇根大學的喬爾·布雷格曼和他的同事就一直盯著來自宇宙深處的光線，希望它們能揭示出銀河繫到底包含多少無形的熱氣體暈。

他們的初步觀測結果顯示，我們銀河系周圍的確包裹著一層大氣，總體的質量與銀河系中明亮的部分相當，然而它們分布的空間範圍卻是銀河系體積的數千倍。

不過，這裡仍有問題。他們的研究結果顯示，現在整個宇宙尺度下，熱氣體暈只能解釋部分的失蹤物質。剩下那部分仍不知所蹤。布雷格曼等人認為，剩下那部分可能是離星系更遠的熱氣體暈，只需要我們繼續認真觀測，就能發現它們。

跑到了巨洞那裡？

來自美國哥倫比亞大學的夏伊·傑內爾卻不認為失蹤的物質變為了星系的大氣。他認為，失蹤的物質可能離星系非常遠，大約在數百萬光年之外。

我們知道，星系不是孤立地分散在宇宙之中，它們會成群地聚集在一起，組成星系團，許多個星系團再組合成超星系團。超星系團以及周圍的暗物質、星際氣體形成一種如細絲串成的網狀結構，這就是所謂的宇宙網。宇宙網中，細絲之間則存在著巨大的空洞，即巨洞。通常認為，巨洞那裡的物質密度只有我們在地球上製造出的「真空」的幾億分之一。

也許，失蹤的物質跑到巨洞那兒去了。那麼，是什麼力量把物質從宇宙網上推走，送入數百萬光年遠的巨洞中？

傑內爾認為，是星系中心的超大質量黑洞把一些物質吹到那裡的。在過去的5年里，傑內爾參與了「揭示計劃」——一個國際合作項目，使用計算機來模擬宇宙從大爆炸到星系形成的過程。藉助全球的超級計算機網路，「揭示計劃」成為了我們模擬出的最接近現實的宇宙。「揭示計劃」的一個強大之處在於，你可以調整任何過程中的物理參數，然後得到相應的結果。例如，你可以調整關於黑洞行為的參數，看會產生什麼樣的宇宙。

傑內爾最初的目標是為了研究星系如何誕生和滅亡的，但是在試圖調整參數，使得模型與現實儘可能相似時，傑內爾和他的同事驚訝地發現，黑洞可以足夠強，能把大量的物質吹進巨洞。

黑洞是宇宙大炮？

我們傾向於認為，黑洞是吞噬周圍一切的漩渦，而不是宇宙大炮。但是，其強大的引力場使它們成為了宇宙中最有效的能量輸出裝置。星系的物質落向黑洞時，它們會高速繞著黑洞旋轉，在黑洞周圍形成一個圓盤狀的吸積盤。吸積盤內側的一些粒子速度可能會接近光速，它們有機會沿著與吸積盤垂直的方向噴射出去，逃離黑洞。這些逃離的粒子構成了一股噴流，能衝出星系。在某些情況下，它們還會衝出星系團，奔向遠處的巨洞。

但這裡仍有些問題。「揭示計劃」的模擬結果顯示，黑洞如果真的有能力把物質吹到巨洞那裡，那麼它們的「火力」可能過強了，能把星系中大約90%的普通物質都吹跑。在過去一年中，研究團隊一直在調整參數，使得模擬結果更接近現實，即只吹走50%左右的普通物質。

如果事實果真如此，那麼不僅說明巨洞那裡有著丟失的物質，而且黑洞還在不停地向那裡泵入更多的物質。

我們已經知道，因為有暗能量的存在，宇宙在加速膨脹。在數十億年之後，宇宙中的星系團內部和彼此之間的距離會越來越遠。但如果黑洞還在不停地吹跑星系內的物質的話，那麼星系團土崩瓦解的速率會更快。我們的宇宙未來可能會更加黯淡。

當然這只是計算機模擬的結果，我們需要對其進行檢測。當前，能檢測到X射線的太空望遠鏡的靈敏度有限。不過，歐洲航天局和美國宇航局都準備在十幾年後發射更為先進的X射線太空望遠鏡。到那時，我們就可能知道，失蹤的物質究竟是變為了星系的大氣，還是真的被黑洞吹跑了。

點擊展開全文

喜歡這篇文章嗎？立刻分享出去讓更多人知道吧！