X光与重力波是搜寻黑洞的利器
日本宇宙航空研究开发机构所发射的X光天文卫星「瞳」(HITOMI)是前一代「朱雀」的后续机。「朱雀」在2005年因冷却剂外泄就无法有效运作，所以「瞳」的服役，使日本有机会跟上美国欧洲在相关领域上的研究脚步。
电影《星际效应》的科学顾问基普索恩是最早的黑洞研究者（汤雅雯摄）
2014年美国科幻片《星际效应》(Interstellar)推出，重新使民眾想再多瞭解黑洞、宇宙、时空等这些看似玄奇的科学议题，许多网站还趁势推出「教你如何看懂星际效应」的懒人包，另外去年台北市立天文馆和台大通识教育中心CASE，也进行很多场的星际效应的观影讨论，去年成功大学和中研院物理所甚至请到了《星际效应》的科学顾问基普索恩(Kip Thorne)来台演讲，亲自出面说明电影中的科学。
黑洞是怎么回事?量子物理学告诉我们，物质被超大的重力压缩以后会改变状态，这个压力上限叫做电子简併压力。印裔美籍天文学家钱卓西卡(Subrahmanyan Chandrasekhar)计算出电子简併压力是太阳质量的1.44倍，太阳因为质量小，所以在耗尽一切的能量后，会形成白矮星。要是超过1.44倍太阳质量，电子会压进质子里造成湮灭，整个原子会只剩下中子，这就叫做中子星。
黑洞的意示图，黑洞吸收旁边恒星的物质堆积成吸积盘，并在南北两端激发出强力X光(图/NASA)
欧本海默(J Robert Oppenheimer)与沃尔科夫(George M Volkoff)又计算出了中子星的质量上限（欧本海默-沃尔科夫极限），要是中子星的质量超过太阳质量的3倍，那么中子状态也无法阻止重力的持续塌缩，最终就会形成密度无限大的黑洞。在宇宙间超过太阳质量三倍的恒星很常见，所以从理论上，黑洞在宇宙里会非常的多。由于黑洞不发光，很难直接观察，因此天文学是以间接方法来推测黑洞的位置，当物质被黑洞引力吸入时，会因为摩擦造成高温，这股高温能够强烈到激发出X光，所以寻找宇宙中的X光源，就能找到黑洞。从1964年发现天鹅座Ｘ-1星（天鹅座Ｘ光源第1号）开始，天文学家就发现愈来愈多X光源，而且似乎只能用黑洞来解释。附带一提，基普索恩就是当年天鹅座Ｘ-1星的主要研究者之一。随着宇宙Ｘ光源的资料愈来愈多，天文学家愈来愈确定这些X光源就是黑洞，黑洞果然很常见，而且每个星系中间都有一个，原来包括我们太阳系在内的所有群星，都是环绕着星系中心的巨大黑洞在旋转。
基普索恩透过超级电脑所模拟出的黑洞真实情况，由于空间的扭曲，黑洞背后的吸积盘影像被扭到了上下方变成光环(图/《星际效应》剧照)
前阵子，美国的研究小组首次观测到了黑洞合併时產生的重力波，启动了新一轮宇宙学的研究，透过对黑洞的瞭解，和重力波的成功观测，有助于为量子物理的「大统一场理论」找到新的线索。也就是说，也许不必像电影《星际效应》的主角那样为了找重力的答案而跳进黑洞里，只要通过观测我们就能知道重力的奥秘。
(大统一场理论是指4种力:强作用力、弱作用力、电磁作用力、重力都能整合进一套系统理论，可称为是物理学的终极圣杯，是爱因斯坦后半余生都想解开却未完成的。)
(中时电子报)