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圖片來源：Pixabay

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銀河系中心的黑洞射出的紫外線，或許影響了地球生命的演化。

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撰文 | 亞伯拉罕·洛布（Abraham Loeb）?

翻譯 | 趙劍琳

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1939年，阿爾伯特·愛因斯坦在《數(shù)學年鑒》（Annals of Mathematics）上發(fā)表了一篇論文，宣稱自然界中不存在黑洞。但僅僅25年后，馬爾滕·施密特（Maarten Schmidt）發(fā)現(xiàn)了類星體——一種在遙遠宇宙中極為明亮的光源。上世紀60年代中期，蘇聯(lián)的雅科夫·澤爾多維奇（Yakov Zel'dovich）和美國的埃德溫·薩爾皮特（Edwin Salpeter）認為這種神秘的點狀光源是正在吸收宿主星系氣體的超大質(zhì)量黑洞。當氣體流入黑洞時，它會產(chǎn)生類似水槽排水時的渦流。在環(huán)繞著黑洞的最內(nèi)層穩(wěn)定圓形軌道（ISCO）上，氣體會以接近光速的速度流動，氣體之間的湍流粘性會讓氣體在摩擦中升溫。

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因此，黑洞的吸積盤會逐漸變得明亮，向外輻射接近其靜止質(zhì)量1/10的物質(zhì)，產(chǎn)生的亮度甚至可能超過其宿主星系中全部恒星的總和。幾十年后，天文學家發(fā)現(xiàn)幾乎所有星系的中心都存在一個超大質(zhì)量黑洞，它們通常保持著沉寂，只會零星地爆發(fā)，每次持續(xù)數(shù)千萬年。

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2020年，安德烈亞·蓋茲（Andrea Ghez）和賴因哈德·根策爾（Reinhard Genzel）因為證實了銀河系中潛伏著一個處于沉寂狀態(tài)的超大質(zhì)量黑洞，而獲得諾貝爾物理學獎。這個黑洞名為半人馬座A*（縮寫為SgrA*），質(zhì)量相當于400萬個太陽。它正處在休眠狀態(tài)，散發(fā)出微弱的無線電波，目前的亮度只有它“進食”時期的十億分之一。

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雖然SgrA*目前很黯淡，但我們?nèi)阅芑谝恍┚€索判斷出它一度極其耀眼。這并不令人驚訝，因為當氣體云靠近銀河系中心或者恒星進入SgrA*的視界（大約等于日地距離）10倍距離以內(nèi)時，就會因為強大的潮汐力“面條化”，形成一條氣體噴流，產(chǎn)生如同類星體的光芒。

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圖片來源：Pixabay

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SgrA*的軌道平面上存在著大量年輕恒星，這是證明SgrA*在最近的“進食”時期曾吸入大量氣體云的確鑿證據(jù)。由于SgrA*附近的恒星年齡還不到銀河系年齡的百分之一，基于哥白尼原則（Copernican principle，觀測的時刻并不特殊），圍繞著SgrA*發(fā)生的大型氣體云吸積過程必然已經(jīng)發(fā)生過上百次。實際上，科學家已經(jīng)觀察到一對被稱為費米氣泡（Fermi bubbles）的大型熱氣團，正沿著銀河系中心的旋轉(zhuǎn)軸向外發(fā)散。這意味著SgrA*在最近一次氣體云吸積過程中，可能促進了它們的擴張。理論計算顯示，黑洞吸積過程除了擾亂大量的氣體云外，單個恒星也會因為引力逐漸靠近黑洞，以每一萬年為周期發(fā)生潮汐瓦解事件。當大量殘骸被SgrA*吸入時，就會出現(xiàn)明亮的耀斑。

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SgrA*爆發(fā)形成的耀斑會影響地球上的生命嗎？原則上來說，會，因為耀斑會釋放具有破壞性的X射線和紫外線。我與我之前的博士后約翰·福布斯（John Forbes）合作，在2018年證明了如果太陽系與銀河中心的距離縮小到現(xiàn)在的1/10，SgrA*爆發(fā)產(chǎn)生的紫外線就能蒸發(fā)掉火星或地球的大氣層。即使距離較遠，紫外線依然會抑制復(fù)雜生命體的生長，就像在你頻繁踩踏的草地上，小草難以生長。

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以太陽系目前的位置來說，來自SgrA*的紫外線對于地球生命是安全的。不過，近期有研究指出，太陽在誕生初期可能非常靠近銀河系中心，在“引力反推”的作用下，它才移動到了現(xiàn)在的位置。

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按照這個理論，太陽曾近距離暴露在SgrA*的紫外線下，這可能已經(jīng)對地球早期的復(fù)雜生命造成了傷害。這也能解釋為什么在經(jīng)過20億年后，地球大氣中的氧氣濃度才升到如今的水平——或許直到那時，地球離SgrA*才足夠遠。最近，我正與馬納斯維·林加姆（Manasvi Lingam）合作，探究地球生命與太陽到銀河系中心距離變化的潛在聯(lián)系。

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通常來說，太陽是唯一能對地球生命產(chǎn)生影響的光源。但SgrA*黑洞或許也在地球生命的演化中發(fā)揮了重要的作用。如果SgrA*和地球生命之間的聯(lián)系得到確認，這個超大質(zhì)量黑洞很可能為研究者帶來另一個諾貝爾獎。

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關(guān)于作者

亞伯拉罕·洛布是哈佛大學天文學系前主任，哈佛和史密森天體物理中心理論與計算研究所所長。

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