天鵝座V404黑洞（V404 Cygni）在2015年6月蘇醒了。
她自上次爆發(fā)后，一睡就是26年，這個(gè)世界上的90后還沒有見過她上次爆發(fā)的模樣。雖然無人知曉她的面容幾何，但我們可以讀懂她從距離我們7800光年的遙遠(yuǎn)宇宙發(fā)來的消息——這條消息可是用高能的伽馬射線和X射線寫成的！
美國(guó)的雨燕（Swift）衛(wèi)星最早收到了天鵝座V404黑洞蘇醒的消息，并通知了黯淡藍(lán)點(diǎn)上的公民們。
圖一注：左圖是天鵝座V404在天空中的位置圖；右圖為美國(guó)雨燕衛(wèi)星的宣傳圖（圖片來自于NASA）。
圖二注：這個(gè)圖展?示的是天鵝座V404亮度變化圖。除此之外，還有一些亮度變化的源。對(duì)于Cyg X-1和Cyg X-3是持續(xù)亮的 (圖片來自于ESA/INTEGRAL/IBIS/ISDC)。
我們應(yīng)當(dāng)感謝科幻文學(xué)和科幻電影的繁榮，它們讓許多普通?認(rèn)識(shí)甚至“目睹”了黑洞?，F(xiàn)在，或許連一個(gè)中學(xué)生都知道：黑洞引力巨大、撕裂一切，連光線都逃脫不得。
愛因斯坦在100年前提出了偉大的廣義相對(duì)論，認(rèn)為當(dāng)所有的質(zhì)量都集中在一個(gè)非常小的奇（qi）點(diǎn)上時(shí)，在某個(gè)范圍之內(nèi)會(huì)產(chǎn)生巨大的引力，這就是黑洞吞噬萬物的道理。
望向宇宙深處的“眼睛”
看到這里，或許你會(huì)問我，既然連光都逃脫不出黑洞的手掌心，我們?cè)鯓佑^測(cè)“黑洞”這個(gè)黑漆漆的洞呢？
人類的眼睛只能看到非常窄的一段電磁波譜，如果你有幸獲得一副可以看到X射線的眼鏡，那么你將看到全然不同的宇宙圖景：我們的太陽會(huì)比現(xiàn)在暗許多，夜空中不再有繁星點(diǎn)點(diǎn)，而只剩下稀疏個(gè)亮點(diǎn)點(diǎn)綴其中——因?yàn)槟軌虍a(chǎn)生如此高能輻射的點(diǎn)源天體非常有限——只有中子星、黑洞和少數(shù)的白矮星。
所以，戴上這只神奇的眼鏡，你就可以看到天鵝座V404黑洞蘇醒的樣子啦，它就是天空中最亮的那個(gè)點(diǎn)，比目前知道的最亮的X射線天體天蝎座X-1（Sco X-1)還要亮上3倍。對(duì)于全人類來說，望遠(yuǎn)鏡就是這樣一副神奇眼鏡：光學(xué)望遠(yuǎn)鏡幫助我們看到更暗的天體，其它波段的望遠(yuǎn)鏡幫我們認(rèn)識(shí)光學(xué)之外的宇宙萬物。
當(dāng)然，科學(xué)家們并非透過望遠(yuǎn)鏡的鏡片就能直接看到張著大口、永遠(yuǎn)吃不飽的“黑洞怪物”，人類所能做的只是間接地探測(cè)黑洞。接下來我們所說的黑洞之觀測(cè)，并不是地球人理所當(dāng)然以為的“肉眼觀測(cè)”，而是通過能看見各種射線的望遠(yuǎn)鏡觀測(cè)。
探測(cè)黑洞的秘訣
宇宙中有兩類黑洞我們能夠確認(rèn)：
一類是恒星量級(jí)的黑洞，它的質(zhì)量比太陽大一些，比如說大約有10個(gè)太陽質(zhì)量，這一類黑洞就像其它恒星一樣，存在于星系的各個(gè)角落里。就我們銀河系而言，估計(jì)就有超過一千萬個(gè)。
另外一類黑洞，被稱之為“超大質(zhì)量黑洞”，這類黑洞的質(zhì)量往往相當(dāng)于至少幾百萬個(gè)太陽的質(zhì)量（2014年，中國(guó)天文學(xué)家還發(fā)現(xiàn)了一個(gè)有10億個(gè)太陽那么重的黑洞呢?。鼈兺ǔ９陋?dú)地存在于星系的中心。
盡管這兩類黑洞的質(zhì)量有著天壤之別，但是會(huì)產(chǎn)生類似的天文觀測(cè)現(xiàn)象，這里面可藏著人類觀測(cè)、探測(cè)黑洞的秘訣噢！
第一就是黑洞周圍那一圈明亮美麗的吸積盤。
通過吸積附近的氣體，黑洞周圍會(huì)形成一個(gè)氣體盤（就是吸積盤），盤中的氣體圍繞著黑洞轉(zhuǎn)動(dòng)，相互摩擦產(chǎn)生極大的能量，以光的輻射釋放出來，被球上的望遠(yuǎn)鏡或者太空望遠(yuǎn)鏡所看到。然而，因?yàn)橛^測(cè)望遠(yuǎn)鏡能力的限制，這一壯觀景象的具體細(xì)節(jié)我們只能在電影中看到，就像電影《星際穿越》中表現(xiàn)的那樣。那是動(dòng)畫公司在科學(xué)家的指導(dǎo)之下，根據(jù)大量計(jì)算數(shù)據(jù)將黑洞可視化的結(jié)果。
第二種現(xiàn)象是噴流。
與吸積盤不同，噴流的空間尺度更大，更容易為望遠(yuǎn)鏡所看到。在某些情況下，吸積氣體的黑洞會(huì)將多余的、未進(jìn)入黑洞中的氣體沿著轉(zhuǎn)動(dòng)方向快速拋射出去，這些氣體由帶電粒子構(gòu)成，本身含有磁場(chǎng)，所以會(huì)產(chǎn)生輻射，讓我們探測(cè)到它的存在。
正是黑洞的上面兩種表現(xiàn)，讓人類能夠知道它的存在。對(duì)于沉睡了26年的天鵝座V404黑洞來說，正是通過從伴星上吸積到了足夠氣體，吸積盤產(chǎn)生爆發(fā)，從而產(chǎn)生了非常強(qiáng)的高能輻射，給地球人捎來了口信。
天鵝座V404黑洞這次醒來了十幾天時(shí)間。在這次短暫而猛烈的爆發(fā)中，整個(gè)吸積盤都被摧毀了。在接下來的幾十年中，天鵝座V404需要從其伴星再積攢氣體，醞釀著下一次的爆發(fā)。
圖三注：黑洞從伴星吸積氣體圖；噴流，吸積盤，黑洞的位置都被標(biāo)注了出來。請(qǐng)注意這僅僅是示意圖，尺寸大小不完全成比例 (圖片來自于NASA)。
給黑洞稱體重
所以，黑洞盡管是漆黑一片，但它時(shí)不時(shí)通過周圍一些物質(zhì)活動(dòng)，來向我們展示它的存在與巨大威力。
那么，當(dāng)宇宙深處傳來疑似黑洞存在的消息，天文學(xué)家如何確認(rèn)那就是一個(gè)黑洞呢？要知道，中子星也有吸積盤和噴流現(xiàn)象噢。
這就需要科學(xué)家為那只疑似為黑洞的東西測(cè)一下“體重”啦。
首先，從理論上來說，如果一個(gè)致密天體的質(zhì)量大于3個(gè)太陽質(zhì)量，因?yàn)橐呀?jīng)沒有任何已知力來支撐它自身的重量，所以，它會(huì)向中心塌縮形成恒星量級(jí)的黑洞。但因?yàn)楹诙幢旧聿话l(fā)光，所以只有黑洞周圍存在著伴星的時(shí)候，我們才能看到并且對(duì)黑洞的質(zhì)量進(jìn)行測(cè)量。
實(shí)際上，我們的銀河系理應(yīng)存在著上千萬個(gè)恒星級(jí)的黑洞，目前我們確認(rèn)的只有60多個(gè)。因?yàn)楫?dāng)黑洞和伴星一起圍繞運(yùn)動(dòng)的時(shí)候，我們才能夠利用簡(jiǎn)單的物理定律，通過伴星的運(yùn)動(dòng)軌道測(cè)量到黑洞的質(zhì)量。這種方法類似于利用月球運(yùn)動(dòng)來測(cè)量地球質(zhì)量和利用地球運(yùn)動(dòng)來測(cè)量太陽的質(zhì)量。
1974年，地球上兩顆聰明的大腦、理論物理學(xué)家霍金和好朋友基普·索恩就人類第一個(gè)黑洞候選體——天鵝座X-1 (Cyg X-1) ——是不是黑洞打了個(gè)賭，他們以一年的成人雜志《閣樓》作為賭注。后來的觀測(cè)是利用天鵝座X-1中的伴星運(yùn)動(dòng)測(cè)得了黑洞質(zhì)量，大約為15個(gè)太陽質(zhì)量，從而霍金認(rèn)輸并且在兩人的賭書上簽名按上了自己的手印。
圖四注：霍金和索恩關(guān)于天鵝座X-1黑洞的打賭契約（摘自《黑洞與時(shí)空彎曲—愛因斯坦的幽靈》一書）
之前提到的兩類黑洞質(zhì)量都可以用這種方法來測(cè)量。例如，銀河系的大質(zhì)量黑洞位于人馬座中，它的名字叫Sgr A*，質(zhì)量大約為400萬個(gè)太陽質(zhì)量。
天鵝座V404黑洞在經(jīng)歷了短暫爆發(fā)之后，現(xiàn)已重歸于平靜，讓我們期待她的再一次蘇醒吧。
