石無魚

7、行星KELT-11b

它是什么？

太陽系外的“熱木星”

它在哪里？

在距離我們320光年的KELT-11恒星系中

涉及的謎團(tuán)

我們的太陽系正常嗎？

當(dāng)行星從其所在“太陽”系的母恒星前面掠過時(shí)，會(huì)遮擋住后者的部分光，導(dǎo)致母恒星亮度下降。我們通過這種辦法已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了三千多顆系外行星。行星KELT-11b就是其中的一員，它是在2016年被發(fā)現(xiàn)的。

KELT-11b的直徑是木星的1.4倍。但是當(dāng)天文學(xué)家計(jì)算它的質(zhì)量時(shí)，發(fā)現(xiàn)它只有木星質(zhì)量的20%。這意味著它的平均密度僅比泡沫塑料大一點(diǎn)點(diǎn)。這類蓬蓬松松的行星我們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了不少，比如2018年發(fā)現(xiàn)的WASP-127b，就與KELT-11b非常相似。除了蓬松這一點(diǎn)，它們距離母恒星都很近。

這些像泡泡糖似的體積巨大，但其公轉(zhuǎn)軌道又很接近母恒星的氣態(tài)巨行星，在天文學(xué)上稱作“熱木星”。我們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了不少熱木星。但是，它們的存在著實(shí)讓天文學(xué)家困惑。因?yàn)榛谖覀兲栂抵行行切纬傻慕?jīng)驗(yàn)，熱木星似乎是不應(yīng)該存在的，尤其它們不應(yīng)該在距離母恒星那么近的地方出現(xiàn)。

在太陽系，距離太陽較近的都是一些較小的巖石行星，水星、金星、地球等，而像木星、土星這樣的氣態(tài)巨行星，都離太陽較遠(yuǎn)。為什么出現(xiàn)這種情況呢？按行星的形成理論，這是因?yàn)楫?dāng)行星形成時(shí)，太陽的熱量將其周圍大部分氣體和揮發(fā)性物質(zhì)都驅(qū)趕到了更遠(yuǎn)、更冷的地方。揮發(fā)性物質(zhì)在那里凝結(jié)成固態(tài)核，然后吸聚大量氣體，形成氣態(tài)行星。所以氣態(tài)行星一般都形成于離母恒星較遠(yuǎn)的地方，而現(xiàn)在卻出現(xiàn)在這么近的地方，這就很奇怪。

對這一現(xiàn)象，目前有兩種解釋。

一種解釋認(rèn)為，這些熱木星最初是在遠(yuǎn)離母恒星的地方形成的，后來通過向內(nèi)遷移，才到達(dá)今天這個(gè)位置。但為什么會(huì)向內(nèi)遷移？為什么在遷移過程中不會(huì)直接掉到母恒星里去呢？這些問題，依然有待解釋。

另一種解釋則說，熱木星一開始就形成于它們目前所在的位置上，它們之所以能膨脹起來，是由于其他一些原因。比如固態(tài)核形成之后，吸收了恒星的熱量，溫度越升越高，導(dǎo)致里面一些本來凝固的東西又揮發(fā)了;或者行星被來自恒星的風(fēng)或磁場重新“充氣”了……等等。

目前占主流的是向內(nèi)遷移說。但真實(shí)原因到底是什么，依然是個(gè)未知數(shù)。

這類奇怪的現(xiàn)象看得越多，我們就越要面對一個(gè)更廣泛的問題：在宇宙中，到底誰是正常的？是我們的太陽系呢，還是那些擁有熱木星的恒星系？這就好比說，一個(gè)世界上如果瘋子占大多數(shù)，那么瘋子才算是正常人，而神經(jīng)正常的人反倒成了例外。

我們的太陽系是正常，還是例外？在這個(gè)問題上，“法官”至今缺席，因?yàn)槲覀儗ζ渌暮阈窍到y(tǒng)了解得還很少。

8、半人馬座A*

它是什么？

超大質(zhì)量黑洞

它在哪里？

銀河系中心，距離我們25640光年

涉及的謎團(tuán)

超大質(zhì)量黑洞是如何形成的？

如果你在夜空中觀察到天蝎座，請注意尋找“天蝎”的尾巴。它的尾巴曲線將把你的視線引入附近一片黑暗的區(qū)域，而那里正是銀河系的中心。

銀河系的中心盤踞著一個(gè)以“半人馬座A*”著稱的超大質(zhì)量黑洞。它的質(zhì)量大得讓人咋舌，有400萬個(gè)太陽質(zhì)量重，但直徑僅有4400萬千米。換句話說，400萬個(gè)太陽質(zhì)量重的物質(zhì)都被壓縮到了水星軌道到太陽這么小的一個(gè)空間。

盡管黑洞奇特而迷人，長期以來是大家津津樂道的話題，但我們知道，它們是星系演化的自然產(chǎn)物。當(dāng)物質(zhì)凝聚形成恒星之后，其中一些恒星最終變得如此之大，以至于它們在自己的引力作用之下坍塌，于是形成一個(gè)質(zhì)量在恒星量級的黑洞。

這些黑洞的質(zhì)量會(huì)隨著時(shí)間的推移繼續(xù)變大。它那強(qiáng)大的引力將周圍的塵埃、氣體甚至光都吸到它身邊，形成一個(gè)所謂的“吸積盤”。吸積盤中的物質(zhì)，一邊飛舞著，一邊彼此碰撞摩擦。最終，大部分都會(huì)被黑洞拉進(jìn)它的“事件視界”，讓人再也看不見。黑洞是個(gè)貪婪的“饕餮漢”：它吃得越多，獲得的質(zhì)量就越大，引力也就越強(qiáng);引力越強(qiáng)，它捕捉“獵物”的本領(lǐng)也越強(qiáng)，它就能吃到更多的東西。迄今觀察到的最大黑洞，每年要吞吃掉1/10個(gè)太陽質(zhì)量的物質(zhì)。

但是，有一種情況也會(huì)阻止黑洞進(jìn)食，從而影響到它的成長。吸積盤中的物質(zhì)劇烈摩擦之后，會(huì)放出強(qiáng)烈的輻射。而我們前面說過了，光是可以產(chǎn)生光壓的。當(dāng)輻射很強(qiáng)烈的時(shí)候，光壓可以把物質(zhì)往外推，阻止它們掉入黑洞，這樣就延緩了黑洞的長大。

考慮到這些情況，天文學(xué)家覺得，某些超大質(zhì)量黑洞從恒星量級長到現(xiàn)在這么大，真是不可思議。銀河系中心的半人馬座A*比起迄今發(fā)現(xiàn)的最大黑洞來，簡直只是個(gè)嬰兒。迄今發(fā)現(xiàn)的最大黑洞，位于一個(gè)叫做OJ 287的類星體中心，距離我們35億光年。它有180億個(gè)太陽質(zhì)量重。更令人困惑的是，已知最年老的（也就是最早出現(xiàn)的）超大質(zhì)量黑洞，當(dāng)宇宙只有7億年年齡的時(shí)候，就已經(jīng)長到太陽質(zhì)量的8億倍了。

這些超大質(zhì)量黑洞是怎么長起來的？是日復(fù)一日不斷進(jìn)食長起來的？但如果只是按部就班的話，7億年的成長時(shí)間似乎太倉促了點(diǎn)。

也許它們的成長有一個(gè)更高的起點(diǎn)？比如說，它們是由兩個(gè)或更多個(gè)大質(zhì)量黑洞合并而來的？

也許我們完全搞錯(cuò)了方向。我們原先都認(rèn)為，先有星系，然后才有這些超大質(zhì)量黑洞;但也許先有中心的黑洞，然后才有星系呢？

你會(huì)問：那這些黑洞又是怎么來的？我們假設(shè)可以這樣來：在宇宙早期，如果某些地方的物質(zhì)分布足夠致密，那它們或許不需要經(jīng)過恒星的階段，就直接坍塌成一個(gè)黑洞;然后黑洞把氣體和塵埃吸聚到其周圍（只要離開黑洞足夠遠(yuǎn)，它們就不會(huì)掉進(jìn)黑洞里去），于是這些遠(yuǎn)離黑洞的星云孕育出一顆顆恒星，恒星又組成了星系。

因?yàn)檫@些黑洞形成得早，所以有足夠的時(shí)間長成現(xiàn)在這般大。