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 進 化 之 謎
 巨 型 星 系 的 結 合
 極 巨 大 的 黑 洞

科 學 家 分 析 哈 勃 太 空 望 遠 鏡 收 集 到 超 過 三 十 個 黑 洞 的 資 料 ， 發 現 黑 洞 和 星 系 是 同 時 形 成 的 ， 而 且 ， 黑 洞 的 質 量 和 星 系 的 大 小 ， 有 直 接 的 關 系 。

美 國 太 空 總 署 (NASA) 的 哈 勃 太 空 望 遠 鏡 (Hubble Space Telescope) 在 過 去 數 年 ， 收 集 了 超 過 三 十 個 黑 洞 (black holes) 的 資 料 ， 包 括 十 個 超 巨 大 黑 洞 (super-massive black holes) ； 從 收 集 回 來 的 資 料 ， 科 學 家 發 現 黑 洞 不 是 在 星 系 (galaxies) 誕 生 以 前 產 生 ， 而 是 和 星 系 同 時 形 成 和 成 長 的 。

科 學 家 也 發 現 ， 黑 洞 的 質 量 (mass) 是 星 系 中 心 的 星 球 團 的 百 分 之 零 點 二 ， 在 比 較 小 的 星 系 內 的 黑 洞 ， 可 以 說 是 不 能 吸 收 大 量 的 能 源 ， 它 的 質 量 只 有 數 百 萬 個 太 陽 (sun) 的 質 量 ， 而 在 巨 大 的 星 系 內 ， 黑 洞 的 質 量 可 達 數 十 億 個 太 陽 的 質 量 。

上 圖 所 見 ， 是 科 學 家 描 述 黑 洞 質 量 和 橢 圓 形 星 系 (elliptical galaxies) 或 螺 旋 形 星 系 (spiral galaxies) 的 星 球 團 的 質 量 的 關 系 ； 我 們 的 銀 河 系 (Milky Way) 只 有 比 較 小 的 星 球 團 ， 因 此 ， 銀 河 系 中 央 的 黑 洞 是 比 較 小 ； 如 M33(Messier 33) 的 圓 盤 形 狀 的 星 系 (disk galaxies) 沒 有 中 央 的 星 球 團 ， 便 沒 有 黑 洞 。

中 圖 所 見 ， 是 科 學 家 比 較 四 個 橢 圓 形 星 系 和 它 們 的 黑 洞 的 圖 解 ， 左 邊 的 黑 白 圖 象 是 科 學 家 利 用 地 面 望 遠 鏡 拍 攝 到 四 個 星 系 的 照 片 ， 中 間 的 彩 色 照 片 是 利 用 哈 勃 太 空 望 遠 鏡 拍 攝 到 的 ， 右 側 的 圖 象 是 科 學 家 比 較 不 同 星 系 內 的 黑 洞 大 小 的 圖 解 。

科 學 家 是 從 觀 察 環 繞 著 黑 洞 的 星 球 的 速 度 ， 而 估 計 出 黑 洞 的 質 量 ， 星 球 的 速 度 愈 快 ， 黑 洞 的 質 量 愈 大 。

科 學 家 認 為 ， 黑 洞 不 單 是 在 星 系 形 成 的 過 程 中 產 生 ， 亦 可 以 從 兩 個 圓 盤 形 星 系 的 結 合 而 產 生 ； 下 圖 所 見 ， 是 科 學 家 解 釋 黑 洞 和 星 系 形 成 的 三 種 不 同 的 過 程 。

第 一 種 過 程 是 經 過 自 原 始 時 代 已 經 存 在 (primordial) 的 氫 (hydrogen) 氣 雲 在 黑 洞 种 子 附 近 聚 合 ， 形 成 星 球 ， 並 且 形 成 黑 洞 ， 下 圖 的 第 一 行 圖 象 便 說 明 了 這 個 形 成 過 程 。

下 圖 的 第 二 行 圖 象 說 明 黑 洞 形 成 的 第 二 種 途 徑 ， 便 是 通 過 兩 個 圓 盤 形 狀 星 系 的 結 合 ， 產 生 巨 大 的 橢 圓 形 星 系 ， 和 巨 大 的 黑 洞 。

下 圖 的 第 三 行 圖 象 是 從 單 一 個 圓 盤 形 狀 星 系 的 成 長 途 徑 ， 星 系 內 的 氣 體 不 斷 地 被 吸 入 星 系 中 央 的 地 方 ， 形 成 一 個 星 球 團 ， 然 后 再 形 成 黑 洞 。

Photos courtesy of NASA

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