黑洞是怎麼觀測到的？其實你看到的只是「吸積盤」
北京時間8月14日消息，據國外媒體報道，天文學術語有時候在字面上會造成誤解。我們喜歡根據對各種天體的第一印象來命名，比如，如果它又紅又大，那就是「紅巨星」（Red Giant）；如果是又白又小，那就是「白矮星」（White Dwarf）；規模龐大的爆炸就叫「大爆炸」（Big Bang）；黑得看不見，又能吞噬各種東西的，那就叫「黑洞」（Black Hole）。大多數情況下，這種命名方式很好用——無論命名的對象是新事物，還是我們已經知道的東西。但有時候，比如冥王星的例子，我們會獲得新的觀測結果，迫使我們質疑它的分類，在重新評估之後以另一種方式認識它。你或許認為這種情況永遠不會發生在像黑洞這麼定義明確的事物上，但你錯了。
活動星系核的統一模型認為，所有活動星系核都具有相同的基本組成（吸積盤、噴流、遮蔽環）；我們觀察到的種種巨大差異，都是這些部分在太空中的視線方向不同造成的。
儘管無法直接觀察黑洞，但我們能觀察到兩類黑洞——恆星黑洞和超大質量黑洞——如何影響周圍的天體。恆星黑洞是大質量恆星死亡時經歷超新星爆發並塌縮而形成的，在宇宙中更為普遍，早在近一個世紀前就由愛因斯坦的廣義相對論所預言；它們通常只能影響距離最近的一兩顆恆星。相比之下，超大質量黑洞的質量是恆星黑洞的百萬倍以上。我們目前仍不清楚超大質量黑洞如何形成，但天文學家認為它們存在於幾乎每個星系的中心，有時甚至能夠改變整個星系的外觀。
這種質量扭曲的能力使描述超大質量黑洞的特徵變得十分棘手。隨著星系中心的恆星、氣體和塵埃越來越接近超大質量黑洞，它們越來越緊密地進入越來越小的空間，逐漸升溫，直到在一個臨界距離時，一切都被撕裂，還原成原子等粒子。當我們發現超大質量黑洞時，實際看到的是圍繞黑洞並散發熱量的碎片——稱為「吸積盤」——而不是黑洞本身。
一些超大質量黑洞會比其他黑洞「吞噬」更多物質，並且在這一過程中發出更多的光。這些活動星系核（active galactic nuclei，縮寫為AGN）是宇宙中最明亮、能量最高的天體之一。它們不僅發散熱量，而且經常以垂直於吸積盤平面的高速噴流形式拋射出物質，規模之大，使吸積盤甚至星系本身都相形見絀。此外，一些活動星系核還具有充滿塵埃的遮蔽環，形狀上很像甜甜圈，並且與吸積盤處於同一個平面，只是範圍更大、更厚。事實上，活動星系核厚度之大，如果你從側面看它們，會根本看不到吸積盤，更不用說吸積盤中心的黑洞了。
因此，我們可以將這種活動星系核的標準模型描述為：一個超大質量黑洞被一個吸積盤包圍，高速噴流以相反方向沿吸積盤法線噴出，這一切都包圍在一個塵埃遮蔽環之內。雖然有這樣的標準模型，但實際觀測結果的解釋依然是一個挑戰：我們看到的光並不總是呈現同樣的畫面。有時候我們會看到噴流，有時候看不到。有時候能看到塵埃遮蔽環，有時候看不到。有時候我們看到的光線如此集中和明亮，甚至無法分辨那裡是否存在一個星系。我們對這些觀察依次進行了記錄：一些距離遙遠的活動星系核的核心如此明亮，其可見光甚至超過了它們內部的恆星，這些活動星系核被稱為類星體（quasar）；具有很強紅外輻射的活動星系核稱為賽弗特星系（Seyfert galaxies），以1943年首次識別它們的美國天文學家卡爾·賽弗特（Carl Seyfert）命名；還有一些活動星系核的核心和噴流所發射的輻射，在無線電頻譜中佔主導地位，它們被稱為射電星系（radio galaxies）。
如果這些活動星系核的能量都來自超大質量黑洞，那為什麼它們看起來如此不同？一個原因可能是我們的視角。活動星系核的統一模型認為，所有活動星系核都具有相同的基本組成（吸積盤、噴流、遮蔽環）；我們觀察到的種種巨大差異，都是這些部分在太空中的視線方向不同造成的。
在地球上，我們只有一個觀察宇宙的有利位置。我們看到的是隨機分布在我們周圍的星系，其中一些以邊緣朝向我們，另一些則以盤面朝向我們，其餘星系的朝向角度則處於二者之間。我們沒辦法飛到這些星系周圍，以朝向以外的角度來觀察它們。不過，隨著超級計算機的出現，我們現在可以比以往更好地模擬這些星系，隨心所欲地「飛向」它們，從任意角度進行觀察。我們可以將活動星系核翻過來，透過噴流觀察其核心，使其類似耀變體（blazar）——噴流在大概方向上朝向地球的活動星系核。接著，逐漸使活動星系核傾斜，使其噴流旋轉90度遠離我們，它就會從耀變體變成類星體，最終變成賽弗特星系。
當然，活動星系核的統一模型在天體物理學上還遠不是定論。在我們的視角之外，還可能有其他因素在起作用，比如黑洞內部和周圍的物理過程，我們對此既沒有完全理解，也尚未想到如何加以測量。隨著更先進的望遠鏡投入使用，以及新數據的不斷積累，我們或許能看到這些活動星系核的真實情況。否則，我們可能就需要繼續思考該怎麼命名了。
