比太阳大21倍的黑洞，竟以95%的光速在自转！靠近会发生什么？

2021年初，国际学术期刊《科学》和《天体物理学报》的三篇文章联合发布研究成果，表明黑洞不再仅仅只是强大引力的象征，这次，还要加上接近光速的自转速度！

这一惊人的消息来自人类发现的第一个黑洞——7200光年外，质量相当于太阳质量14.8倍的天鹅座X-1黑洞。

这么看，黑洞的存在确实处处都是谜！一开始，谁能想象宇宙中竟然存在引力巨大到可以吞噬周围一切，甚至连光都无法逃脱的漆黑天体呢？黑洞的发现本身就够令人震惊的，而现在，居然还要说黑洞能自转？而且，自转速度还达到了95％的光速？

巨大引力加上极限自转——宇宙中的两个极端就此碰撞在一起，几乎超越了人类的一切想象。这个黑洞为什么可以转得这么快？这意味着什么？又会对周围星系产生怎样的影响？如果我们与这样的黑洞相遇了，地球和人类的命运又将如何？

人类第一个黑洞的发现

1916年，爱因斯坦在物理学术界发表了一个改变未来天文学领域的研究成果——广义相对论。这是一个描述物质间存在的引力相互作用的理论，并首次把时空的扭曲引入了引力场研究中。

这个理论推导出了一个惊人的结论：大质量恒星在寿命走向尽头后会发生坍缩，最终形成一个黑洞。自此，黑洞这一奇妙的概念首次进入了人们的视线。

自从广义相对论被提出，科学家们就不曾停止在夜空中寻找一个真实存在的黑洞的脚步，只不过半个世纪过去，都没发现什么值得一提的成果——然而，1964年的一次X射线辐射探测，却改变了历史的进程。

这一年，一枚亚轨道火箭在新墨西哥州的白沙导弹基地成功发射升空，火箭上搭载了一个被称为盖革计数器的装置。这个装置的妙用之处在于可以探测到来自地球之外的X射线辐射——这是一种高能电子辐射，强大程度仅次于伽马射线。

X射线辐射的探测对于人类寻找黑洞来说是至关重要的，因为它只能从高能量爆发中产生，而这样的高能量爆发，正与黑洞有着强大的关联性。

在本次探测中，8种不同的X射线辐射被检测到，它们来自8个不同的射线源，这就意味着，射线源头必然存在一个高能的天体，或是发生了一次高能爆发事件——很快，科学家们注意到了其中一个特殊的射线源，它位于天鹅座方位，也因此被命名为天鹅座X-1。

不过，科学家们并没有在一开始就确定这颗位于天鹅座X-1的特殊天体是黑洞。直到将近十年后的1971年，科学家们开始确认这颗天体的光源对应体，用大白话说就是寻找这颗恒星究竟是天上亮着的哪颗星星。这一项目很快便有了成果——科学家们找到了天鹅座X-1的光源对应体，一个散发蓝色光芒的O型恒星。

这颗恒星是一颗蓝超巨星，编号为HDE 226868，体积比太阳大上约20倍。可问题很快就浮出了水面：根据计算，此等体积和质量的恒星，并不足以产生如探测到的数据般那么强烈的X射线辐射，也就是说，它的附近还存在着什么更强大的天体。

随后，科学家们分析了这颗蓝超巨星的光谱，得到的结果同样颠覆认知——它的光谱，竟然存在多普勒效应（物体辐射的波长会因为波源和观测者的相对运动而产生变化）！

通俗易懂地说，就是这颗恒星，出现了摆动现象。它不像我们的太阳这样，一直“固定”在同一个地点，而是在有规律地进行运动。

要想解释这种现象，只能从恒星的附近还存在一颗伴星这一点来入手。根据计算，天鹅座X-1的伴星和蓝超巨星组成了一个公转周期为5.6天的双星系统，两个天体围绕同一个质点公转，彼此之间距离非常接近。然而，在即将接近真相时，科学家们又发现了怪事：他们找遍了天空中所有发亮的星星，都没有发现这颗蓝超巨星的伴星！

也就是说，这颗伴星很有可能本身并不发光。科学家们紧随其后根据天鹅座双星系统的公转轨道参数计算出了这颗伴星的估计质量，大约在2.7倍到10倍太阳之间。

后又结合测量的X射线释放的范围，确认了这颗伴星的体积很小，甚至比太阳还小——种种迹象表明，这颗伴星是一颗质量极为致密的天体，要么是黑洞，要么是个中子星。

究竟是黑洞还是中子星？就这一问题，爱因斯坦还和吉普索恩在1974年发生了一次争辩。直到1990年，这个问题才在大量的观测数据的支撑下得到了解决——这颗致密伴星的质量已经超过了奥本海默极限（中子星的质量上限），它毫无疑问就是一个黑洞，且是人类历史发展至今，发现的第一个黑洞！

根据计算，在天鹅座X-1的双星系统中，黑洞和蓝超巨星仅距离0.2个天文单位，约为3000万千米不到，仅是太阳和地球距离的五分之一。也就是说，蓝超巨星和黑洞距离如此相近，它的物质已经在被黑洞不断吞噬，形成了一圈环绕黑洞的吸积盘（由弥散物质组成的、围绕中心体转动的结构）。

也正是多亏了吸积盘的存在，X射线辐射才得以爆发并被地球上的人类所观测到，我们才能确认天鹅座X-1黑洞的存在。

近似光速的自转速度，怎么做到？

由于技术限制，人类一直没有获得关于天鹅座X-1黑洞的各项准确数据，因此对于它的观测和研究在几十年来从来没有停止过。并且，在获得黑洞准确数据的过程中，来自中国的研究员还发挥了巨大的作用！

2011年，我国研究员苟利军对天鹅座X-1黑洞进行了首次较为精确的测量，得到了重要的研究成果：天鹅座X-1黑洞距离我们大约6067光年，其质量大约是太阳的14.8倍，自转速度达到了光速的72％。

在2021年2月29日，对于天鹅座X-1的研究又进入了更深层次。来自澳大利亚科研大学的米勒琼斯教授及其领导的研究团队，利用美国甚长基线干涉阵列望远镜，通过三角视差法，对天鹅座X-1黑洞的各项数据又进行了重新测量。

这次的结果表示，天鹅座X-1距离地球的距离比之前的研究中预测的更远，在7240光年左右，而质量也比之前计算的更重，约为太阳质量的21倍。

根据这个质量，科学家们推测，在天鹅座X-1黑洞坍塌之前，仍作为一颗恒星之时，它的质量应该在太阳质量的60倍左右。这颗巨大的恒星在数万年前经历了超新星爆发，由此才成为了天鹅座X-1黑洞。

同时，我国研究员苟利军及其团队也对天鹅座X-1黑洞的自转速度进行了重新的测量与计算，结果十分“劲爆”——天鹅座X-1黑洞的自转速度已经达到了可怕的95％的光速，几乎让人觉得难以理喻！

这是怎么做到的？天文物理学界至今也还没有一个定论。但有科学家认为，这很可能与黑洞内部的粒子有关。宇宙的万事万物皆由粒子组成，但每个物体内部的粒子的排列组合方式都各不相同，有的可能排列更紧密，有的则位置比较松散。

而黑洞内部质量十分致密，体积又很小，这也就意味着其中的粒子是“摩肩擦踵”的，紧密地排列分布在一起。在此基础上，再加上黑洞中心巨大的引力，就可能会导致粒子之间剧烈摩擦，从而快速旋转——最终，小小的粒子们积少成多，使得巨大的黑洞也快速旋转了起来。

同时，黑洞的内部越紧密，体积越小，质量越大，其自转速度也就可能越快，以至于出现天鹅座X-1黑洞这样夸张的近似于光速的自转速度。不过，这些也都还只是部分科学家的理论猜测，实际到底如何，还得看进一步对黑洞的观测数据。

如果靠近天鹅座X-1黑洞，会怎么样？

天鹅座X-1黑洞的自转速度如此惊人，再加上甚至连光都能“撕裂”的巨大引力，如果靠近了它，会发生什么事呢？

实际上，无论黑洞的自转速度如何，只要靠近了黑洞，只可能有两种下场——要么被“撕碎”，要么还能有一线生机，但永远“静止”在黑洞中。这是天体物理学界较为流行的两种观点，一种是以黑洞巨大引力为基础的理论，另一种是霍金在其著作《果壳里的宇宙》中所描述的理论。

在以引力为王的理论中，科学家们认为，只要靠近了黑洞，进入了其视界（即影响范围），就会不可阻止地被其巨大的引力吸入黑洞中心的位置，在这个过程中，一切事物甚至包括光，都会被黑洞巨大质量下产生的巨大引力和压强撕碎。

就像被拉伸开的面条一样，只要一瞬，感受不到什么痛苦，我们就会成为一条细长的线，随后成为粒子，成为能量，融入黑洞，成为黑洞的一部分。

而霍金则提出了一个与此理论截然相反的观点。他做了一个假设：假如一艘宇宙飞船载一名宇航员到达一颗即将坍塌为黑洞的恒星附近，随后派出宇航员前往靠近，并不断让宇航员向飞船发送信号。

再假设这颗恒星将在12：00完成坍缩过程，成为黑洞，宇航员也刚好在此时到达恒星（黑洞），那么，在宇航员靠近即将坍塌的恒星的过程中，在11：59：57、11:59:58、11:59:59的不同时间点分别发出的信号，会越来越延迟到达飞船，而宇航员在12:00整发出的信号，则永远不会到达飞船。

这是因为，霍金认为，黑洞巨大的引力并不会直接将物质撕碎，而是更多地会对时空造成改变。时间是一个相对的概念，事例中身处黑洞内部的宇航员对时间的感知可能并没有产生什么变化，但黑洞外的观测者却能不可思议地看到宇航员的动作越来越慢，最终完全静止在某处。

也就是说，黑洞的引力使其范围内的相对时间变“慢”了。科学家们把这一理论猜测形象地命名为“冰冻星悖论”，认为所有被黑洞吸入的天体都像被冻住了一样，停留在黑洞的视界面上——因此，被黑洞吸入的天体并不会成为“拉面”，而是会变成“千层饼”。

遗憾的是，无论哪种猜测，以目前科技水平的人类来说，都只能暂时停留在理论层面而已。

而要知道进入黑洞之后究竟会怎么样，可能还得有朝一日人类亲身进入其中才能知晓了——我们一边期盼着这一天早点到来，一边也期盼着不用太早，毕竟，谁也不希望地球早早就被“路过”的黑洞吸入、毁灭。幸运的是，即便是距离地球最近的黑洞，似乎也“永远”无法和地球相遇。