（文/Nigel Henbest）我們銀河系的中心是一個極端之地。「在銀河系中，那裡的恆星密度最高，恆星運動速度最快，氣體儲量最集中，磁場也最強。」美國加利福尼亞大學洛杉磯分校的天文學家馬克·莫裡斯（Mark Morris）說。而潛伏在銀河系正中心的，則是宇宙中最難以理解的天體——我們銀河系自己的超大質量黑洞。
這個質量高達太陽400萬倍的黑色巨獸，被稱為人馬A*（Sgr A*），能夠讓恆星以每小時近2000萬千米的速度繞著它疾馳。然而，這也是一頭溫順的巨獸，只吞噬稀薄的星際氣體當作零食。那些氣體在葬身其腹之前，會釋放出暗弱的射電輻射。
如今，它的「性格」即將發生改變。過去，人馬A*產生過大規模爆發，把銀河系塑造成了今天這個模樣。2013年年底，一團被稱為G2的氣體雲將靠近它的邊緣，我們將首次目睹一個黑洞如何從沉睡中甦醒。對於是什麼讓一個星系的黑暗心臟開始跳動，我們將獲得前所未有的認識。
研究銀河系的中心並不容易。它發出的可見光在抵達地球之前，幾乎就會被大量的塵埃吸收乾淨。如果陽光也會遭遇同樣的消光，正午的太陽看上去就會比北極星還要黯淡，白晝的天空也會黑得深不可測。因此，為了能夠看得清楚，我們必須求助於能夠穿透那些塵埃的輻射——也就是射電波、紅外線和X射線。
過去幾十年來，工作在這些波段上的地面和空間望遠鏡所作的觀測已經表明，放眼宇宙，人馬A*其實沒有特別突出的地方。它只比太陽明亮100倍，而區區一顆恆星，比如說獵戶座中的參宿四，亮度就高達太陽的10萬倍。還有一些黑洞重達太陽的數十億倍，落向它們的氣體會被加熱而發出輻射，從而爆發成類星體。
類星體是宇宙中最明亮的天體，發現於1963年4月。然而，它們遙遠的距離使得我們難以對其展開研究。美國西北大學的達裡爾·哈格德（Daryl Haggard）說：「仔細研究我們銀河系的中心，包括G2的遭遇，可能是我們詳細了解這些現象的最佳機會。」
天文學家用來瞄準人馬A*展開觀測的最新設備，是美國宇航局（NASA）在2012年6月發射升空的核分光望遠鏡陣（NuSTAR）。它可以在最高能的X射線波段上細緻地觀測天空，這類輻射正是位於黑洞邊緣的灼熱氣體會發射出來的。
2012年，NuSTAR探測到了來自人馬A*的X射線爆發。這可能源自於繞著黑洞轉動的氣體內部貫穿的磁場：隨著磁場纏繞得越來越緊，它們可能會突然「短路」，像太陽耀斑那樣產生一道耀眼的閃光。又或者，磁場可能從氣體盤中旋轉著完全脫離出來，產生一道狹窄的能量噴流。許多類星體都「驕傲地」展現出延伸長達數千光年的巨大能量噴流，人馬A*的小規模爆發或許也會向我們展示這些噴流的形成過程。
也有可能，這些爆發完全是另一回事。英國萊斯特大學的謝爾蓋·納雅克欽（Sergei Nayakshin）認為，這次X射線爆發具備了所有的特徵，來自於一團比G2小得多的氣體，在黑洞的邊緣被加熱到了1億度的高溫。
死定了的行星他的觀點是，這團過熱氣體是一顆命運多舛的小行星的遺骸，直徑原本有10千米，源自於一個可能圍繞銀心旋轉的巨型小行星帶。這顆落向黑洞的小行星曾經近距離飛掠過銀心黑洞，最近時到黑洞的距離跟太陽到地球的間距相當，結果被黑洞強大的引力撕碎。「如果一顆小行星闖到了人馬A*附近太過於靠近一顆恆星或行星的地方，它的軌道就會發生變化，」 納雅克欽說，「如果被拋向黑洞，那它就死定了。」
納雅克欽估計，大約每十萬年，就會有一顆不幸的行星用同樣的方式，甚至在更壯觀的爆發中結束它的一生。這樣的「死亡」可以解釋人馬A*一個世紀前發生的一場爆發，當時它的亮度達到了太陽100萬倍，爆發的回光（類似回聲，只不過主體是光，而不是聲音）仍在銀河系中心附近迴蕩。這樣的回光現象，也就是輻射在附近氣體雲團上的反射，最早是在可見光波段，在一顆熄滅已久的爆炸恆星周圍發現的。過去10年來，兩顆X射線衛星一直在監視我們銀河系的中心，已經看到了一波明亮的X射線在那裡的寒冷氣體雲中傳播。哈格德說：「通過這些觀測往前回溯，我們可以得出結論，人馬A*在最近100年前曾經發出過非常強勁的輻射。」
目前，我們還無法分辨這場爆發是一顆行星最後的呻吟，還是黑洞磁場打了一個巨嗝。對於未來的爆發，我們應該能夠分辨出來，這要得益於名副其實的事件視界望遠鏡（Event Horizon Telescope）。
要看清人馬A*的最細微之處，就需要儘可能使用最大的望遠鏡，事件視界望遠鏡符合這一要求。它其實是一臺「虛擬」的望遠鏡，由世界各地的射電望遠鏡相連而成，這使得它的等效口徑足有地球那麼大。在它的首次觀測中，3臺相連的射電望遠鏡盯著人馬A*進行了足夠細緻的觀測，發現一團氣體就位於黑洞的邊緣，也就是它的事件視界上。隨著智利和南極洲上更多的射電望遠鏡加入進來，這臺望遠鏡的靈敏度將進一步提高，應該能夠觀測到人馬A*的爆發是向內下落還是向外噴射——前者標誌著小行星或者行星的瓦解，後者則是能量噴流的特徵。
相對於能讓萬億顆太陽都黯然失色的類星體，銀河系中心100年前的爆發簡直微不足道。但進一步的銀河系考古發現了銀河系核心曾經更劇烈爆發的證據，爆發時的耀眼程度直逼類星體。那場爆發在銀河系中心的兩側，形成了兩個巨型高溫氣泡，現在分別高達25000光年。這兩個「費米氣泡」是在2010年由NASA的費米衛星發現的，這顆衛星專門探測空間中的γ射線。那麼，是什麼造就了如此巨大的結構？
銀河系的上下兩側，存在兩個分別高達25000光年的巨型高溫氣泡，它們的存在為銀河系中心黑洞過去曾經大規模爆發提供了證據。圖片來源：harvard.edu
大質量年輕恆星構成的3個星團提供了一條線索：一個星團就在人馬A*附近高速運動，另外兩個在距離稍遠的地方圍繞黑洞旋轉，其中這一便是所謂的「五合星團」（Quintuplet cluster）。這個星團中包含著著名的手槍星雲星（Pistol star），它是整個銀河系中質量最大、最明亮的恆星之一。這些星團的誕生本身就是大事一件，必定會產生更加廣泛的影響。美國西北大學的法爾哈德·尤塞夫－扎德（Farhad Yusef-Zadeh）說：「恆星形成的效率非常低，應該會有50％的氣體被傾倒在了人馬A*上。」有了充裕的氣體可以大塊朵頤，人馬A*會發生能量相當於太陽1000億倍的爆發，使它像類星體一般閃耀（儘管按類星體的標準，這個亮度只能算是一般般），或許還吹出了兩個巨大的高溫氣泡。
還有其他的解釋。「對於費米氣泡，每個人都有自己偏愛的觀點，」尤塞夫－扎德說，「我認為它是由星暴的能量產生的。」（編者註：星暴是指大規模的恆星形成過程。）但費米衛星還發現了有趣的線索，暗示兩個氣泡中存在一條筆直的「噴流」，這或許標誌著是銀河系中心的黑洞為吹起這兩個氣泡注入了能量。
無論細節如何，費米氣泡的存在都指向了銀河系中心曾經出現過的大規模騷動，涉及到大量氣體的運動——不是落入黑洞，就是坍縮形成我們今天看到的大質量星團。大量氣體的出現很容易解釋：雖然緊挨著人馬A*的周邊區域幾乎沒有氣體，但幾百光年之外就有許多巨大而稠密的氣體雲繞著銀河系中心轉動。其中一塊氣體雲被稱為人馬B2，質量達到太陽的300萬倍，包含100多種不同的分子，其中的酒精足以裝滿一個地球大小的酒杯。問題是，這樣的氣體雲如何會被蹋出原本穩定的軌道，坍縮形成新的星團，還為貪婪的人馬A*黑洞提供了食物。
2013年3月，美國範德堡大學的凱利·霍立－博克爾曼（Kelly Holley-Bockelmann）及其同事提出，罪魁禍首是一個矮星系。這個闖入者驟然撞入銀河系的中心區，壓縮了氣體雲，使它們坍縮形成了明亮的新生恆星，其中就包括手槍星雲星這樣的巨型恆星。剩餘的氣體則被傾倒進了中央黑洞之中。
孤注一擲哈格德已經觀測過數十億光年以外與銀河系類似的星系，他估計這樣的騷動在星系的一生中會反覆發生，或許每1000萬年到1億年就會出現一次。這意味著銀河系中心黑洞的下一次大規模爆發還要等很久才有可能發生，也意味著天文學家將更加熱切地期待即將在2013年年底發生的爆發事件。
德國馬普學會地外物理研究所的斯特凡·吉勒森（Stefan Gillessen），在檢查他和同事過去10年來收集的人馬A*的圖片時，發現了氣體雲G2。他說，這完全是個驚喜。G2不像周圍高速運動的恆星那樣，在安全距離上圍繞銀心黑洞旋轉，而是在孤注一擲地幾乎徑直衝向黑洞。吉勒森作出的最合理猜測是，這團氣體雲是附近恆星吹出的星風相互碰撞減速而形成的。
還有人提出，G2是一個年輕恆星周圍正在形成的行星系統中蒸發出來的氣體——這或許稱得上是最為極端的觀點。如果這種推測屬實，我們即將目睹的就將是一個飽受摧殘的行星系統，以比海王星到太陽更近的距離，從一個超大質量黑洞旁邊掠過的場景——這肯定會成為未來某部科幻電影中的一個場景。
等到今年年底，隨著G2經過距離黑洞最近的地方，它的一部分氣體開始被黑洞吸入，會有更多的信息顯現出來。尤塞夫－扎德說：「這將是一件非常非常大的事件。」首先，它將告訴我們一些關於黑洞周圍氣體環境的信息。如果人馬A*周圍幾乎沒有氣體存在，G2在黑洞引力的作用下被擠壓成長麵條形時，就只是會升溫而已。紅外望遠鏡將看到它的亮度會激增，其他設備將探測不到任何東西。
相反，如果在黑洞周圍潛藏著一個至今未被我們發現的稠密氣體盤，G2在高速撞入氣體盤的過程中，就將產生X射線和射電波的爆發。這樣的碰撞甚至會向我們透露，人馬A*有沒有在向外發出能量噴流——只不過因為太小，天文學家無法用普通望遠鏡觀測到它。
吉勒森和同事從2013年3月便開始了觀測，預計會緊盯著它，直到2014年3月。哈格德也參與了這項漫長的監測。她說：「G2和人馬A*之間的這場遭遇戰，整個過程可能會持續幾年，甚至更長時間。」如果剩餘的氣體在黑洞周圍形成一個持久的氣體盤，我們甚至可能看到一個微縮版的類星體，向太空中射出更強勁的噴流。
我們應該為此擔心嗎？恐怕沒有必要。相對於星系的尺度上，G2還是太小了——它的質量最多只相當於3個地球，因此沒有人預期它會在銀心引發類星體那樣的大規模爆發。莫裡斯說，那種大規模的爆發或許還要再等1000萬年才會發生。即便到了那時，如果我們的子孫後代還活著的話，他們也沒必須鑽進距離最近的防空洞。「在銀河系中心出現的爆發和類星體，對天文學家來說雖然是個絕好的機會，但它們對地球產生重大影響的可能性極小，」莫裡斯說，「有25000光年的距離，我們離那片危險區域還很遙遠。」
如果我們能跨越25000光年，親身前往銀河系中心近距離觀賞這一事件，那將會相當壯觀。「我們在那裡能夠看到的『夜空』會讓你嘆為觀止，」莫裡斯說，「在地球的夜空中你每看到一顆星星，在那裡你會看到100萬顆。」不過，尤塞夫－扎德說，由於存在高強度的背景輻射，再加上還有一個不可預測的黑色巨獸潛伏在附近，那裡大概不是我們會考慮要去的地方。用他的話來說，「絕不可能！我又沒瘋，我知道在那裡我身上會發生什麼——我可是很珍惜生命的！」
編譯自：《新科學家》，Heart on fire: Our galaxy's black hole is set to blow
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