黑 洞 和 星 系 的 形 成
Formation of black holes and galaxies
二 零 零 零 年 六 月 June 2000

 解 答 星 系 进 化 之 谜
 巨 型 星 系 的 结 合
 极 巨 大 的 黑 洞

科 学 家 分 析 哈 勃 太 空 望 远 镜 收 集 到 超 过 三 十 个 黑 洞 的 资 料 ， 发 现 黑 洞 和 星 系 是 同 时 形 成 的 ， 而 且 ， 黑 洞 的 质 量 和 星 系 的 大 小 ， 有 直 接 的 关 系 。

美 国 太 空 总 署 (NASA) 的 哈 勃 太 空 望 远 镜 (Hubble Space Telescope) 在 过 去 数 年 ， 收 集 了 超 过 三 十 个 黑 洞 (black holes) 的 资 料 ， 包 括 十 个 超 巨 大 黑 洞 (super-massive black holes) ； 从 收 集 回 来 的 资 料 ， 科 学 家 发 现 黑 洞 不 是 在 星 系 (galaxies) 诞 生 以 前 产 生 ， 而 是 和 星 系 同 时 形 成 和 成 长 的 。

科 学 家 也 发 现 ， 黑 洞 的 质 量 (mass) 是 星 系 中 心 的 星 球 团 的 百 分 之 零 点 二 ， 在 比 较 小 的 星 系 内 的 黑 洞 ， 可 以 说 是 不 能 吸 收 大 量 的 能 源 ， 它 的 质 量 只 有 数 百 万 个 太 阳 (sun) 的 质 量 ， 而 在 巨 大 的 星 系 内 ， 黑 洞 的 质 量 可 达 数 十 亿 个 太 阳 的 质 量 。

上 图 所 见 ， 是 科 学 家 描 述 黑 洞 质 量 和 椭 圆 形 星 系 (elliptical galaxies) 或 螺 旋 形 星 系 (spiral galaxies) 的 星 球 团 的 质 量 的 关 系 ； 我 们 的 银 河 系 (Milky Way) 只 有 比 较 小 的 星 球 团 ， 因 此 ， 银 河 系 中 央 的 黑 洞 是 比 较 小 ； 如 M33(Messier 33) 的 圆 盘 形 状 的 星 系 (disk galaxies) 没 有 中 央 的 星 球 团 ， 便 没 有 黑 洞 。

中 图 所 见 ， 是 科 学 家 比 较 四 个 椭 圆 形 星 系 和 它 们 的 黑 洞 的 图 解 ， 左 边 的 黑 白 图 象 是 科 学 家 利 用 地 面 望 远 镜 拍 摄 到 四 个 星 系 的 照 片 ， 中 间 的 彩 色 照 片 是 利 用 哈 勃 太 空 望 远 镜 拍 摄 到 的 ， 右 侧 的 图 象 是 科 学 家 比 较 不 同 星 系 内 的 黑 洞 大 小 的 图 解 。

科 学 家 是 从 观 察 环 绕 著 黑 洞 的 星 球 的 速 度 ， 而 估 计 出 黑 洞 的 质 量 ， 星 球 的 速 度 愈 快 ， 黑 洞 的 质 量 愈 大 。

科 学 家 认 为 ， 黑 洞 不 单 是 在 星 系 形 成 的 过 程 中 产 生 ， 亦 可 以 从 两 个 圆 盘 形 星 系 的 结 合 而 产 生 ； 下 图 所 见 ， 是 科 学 家 解 释 黑 洞 和 星 系 形 成 的 三 种 不 同 的 过 程 。

第 一 种 过 程 是 经 过 自 原 始 时 代 已 经 存 在 (primordial) 的 氢 (hydrogen) 气 云 在 黑 洞 种 子 附 近 聚 合 ， 形 成 星 球 ， 并 且 形 成 黑 洞 ， 下 图 的 第 一 行 图 象 便 说 明 了 这 个 形 成 过 程 。

下 图 的 第 二 行 图 象 说 明 黑 洞 形 成 的 第 二 种 途 径 ， 便 是 通 过 两 个 圆 盘 形 状 星 系 的 结 合 ， 产 生 巨 大 的 椭 圆 形 星 系 ， 和 巨 大 的 黑 洞 。

下 图 的 第 三 行 图 象 是 从 单 一 个 圆 盘 形 状 星 系 的 成 长 途 径 ， 星 系 内 的 气 体 不 断 地 被 吸 入 星 系 中 央 的 地 方 ， 形 成 一 个 星 球 团 ， 然 后 再 形 成 黑 洞 。

Photos courtesy of NASA

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