美國太空總署的科學家發現了最小的黑洞

如果你想要知道宇宙中最無法無天的傢伙，大概要算是黑洞了。這奇怪的天體會由附近的環境吞食氣體，有時甚至會吃掉整顆恆星。由於黑洞的重力太強了，因此沒有任何物體，甚至是光，能逃離它的魔掌。但正如拳擊選手中也有羽量級一樣，宇宙中一定也存在最小的黑洞。它仍是個難纏的傢伙，但已經是同類成員裡最小最輕的了。

天文學家們過去未曾發現宇宙中最小的黑洞，但在三月31日發表的論文中，它們已經非常接近了。美國太空總署 (NASA) 哥達德太空飛行中心 (Goddard Space Flight Center，GSFC) 的科學家 Nikolai Shaposhnikov 和 Lev Titarchuk 發現了目前宇宙中已知的最小黑洞。這個黑洞的質量約為太陽的 3.8 倍。

圖1. 質量最小的黑洞位於一個雙星系統 XTE J1650-500 中。這個黑洞的質量大約是太陽的 3.8 倍，正如這張圖所繪，另有一顆伴星繞著它運行。影像版權：NASA/CXC/A. Hobar。

太陽是一個巨大的天體，它的體積可以包容超過100萬顆地球。因此一個質量為太陽 3.8 倍的天體聽起來也是一個大傢伙。但這種大小與其他黑洞相比，卻顯得無足輕重。在此之前，已知最小的黑洞質量約為太陽的 6.3 倍，甚至有更多黑洞的質量是太陽的數百萬倍甚至是數十億倍。

新紀錄的締造者，名為 XTE J1650，是一顆死亡恆星的核心所形成的。恆星的核心是一個巨大的核子反應爐，藉由將較輕的元素，例如氫原子，轉變為較重的元素，例如氧，進而產生能量。但最終，反應爐的燃料會燒完，並且結束反應。最後因為本身重力的影響，核心會塌縮成為一個黑洞。

天文學家們認為，這種黑洞的形成過程，最低可以形成三倍太陽質量的黑洞。如果恆星的核心比這個質量還小的話，在燃燒完所有的燃料之後，它會形成另一種稱為中子星的天體。因此 XTE J1650 的黑洞不僅僅是目前已知質量最小的黑洞，它也很接近理論上黑洞可能的質量下限。

令人驚奇的是，由愛因斯坦的方程式推估，一個擁有3.8倍太陽質量的黑洞，其直徑只有 15 英哩 (約 24 公里)，這大約是一個城市的大小。「這使得黑洞成為我們在太陽系之外所發現的最小天體。」Shaposhnikov說。

圖2. 在這張由上往下觀察黑洞和吸積盤的圖中，氣體呈螺旋狀朝黑洞前進，並在產生車禍造成物質的堆積。但這場車禍發生的位置離小黑洞很近，因此所發出的 X 光週期便很短。影像版權：NASA。

Shaposhnikov 和 Titarchuk 利用 NASA 的羅西X射線時變探測器 (Rossi X-ray Timing Explorer, RXTE) 這個1995年發射，小巧且價廉的衛星完成了這項發現。RXTE 能對環繞著黑洞的氣體進行非常精準的量測。藉由氣體運行的時變性質，這兩個天文學家能測量黑洞的重力場強度，進而獲得黑洞的質量。

圖3. 黑洞質量是由NASA的RXTE這個高時間解析度的衛星所測得，這張照片是發射前所拍攝。影像版權：NASA。

Shaposhnikov 和 Titarchuk 是三月31日時，在洛山磯舉行的美國天文學會高能天文物理會議中發表這項研究結果。Titarchuk 同時也在喬治梅森大學以及美國海軍研究實驗室工作。

資料來源：http://www.nasa.gov/topics/universe/features/smallest_blackhole.html