【原】宇宙主宰/宇宙の支配者です

每个星系的中心都潜伏着一个巨型黑洞，如黑寡妇蜘蛛一般在暗中虎视眈眈——没有人知道这是为什么

黑洞是自然界中最为完美的宏观事物：它们仅由我们的对于空间和时间的概念构成。

——苏布拉马尼扬·钱德拉塞卡尔（Subrahmanyan Chandrasekhar）

在距我们2.7万光年的黑暗的银河系中心，盘桓着一个巨型黑洞，它的质量是太阳的430万倍。它就是人马座A*，如此大质量的天体与其他一些星系中心黑洞相比，就跟小儿科一样。有些星系中心黑洞质量是太阳质量的500亿倍呢。科学家对此有个很大的疑惑：这些黑洞在那干什么呢？

在黑洞的时空里，引力强大到没有任何事物可以从黑洞逃逸，即使是光也不行——所以才那么黑。黑洞是由爱因斯坦广义相对论推导出来的。黑洞周围有个区域叫作“视界”，它是一个虚构的面，表示物质和光无法逃逸的界限。视界之内，时间的扭曲程度极大以至于时间和空间交换了位置。这也是为什么奇点（黑洞中心点，掉入黑洞的所有物质在该点处被挤压到湮灭）是必定存在的。因为，奇点并不是存在于空间里，而是存在于时间里。就像我们不能避免明天的到来一样，奇点也是不可避免的存在。

曾经，黑洞更像是科幻小说里的概念，而不像是真正的科学。即使是爱因斯坦也如此认为，虽然黑洞是他自己的理论推导出来的，但他本人从未相信过黑洞的存在。但是，1971年美国国家航空航天局的乌呼鲁X射线卫星发现了第一个恒星质量级的黑洞，即天鹅座X-1。事实上，在这之前八年，就已经有人发现了比这个黑洞更为惊人的一类黑洞。

銀河の中心には巨大なブラックホールが潜んでいて、それがブラック・ウィドウ蜘蛛のように見えます——なぜなのかは誰にもわかりません

ブラックホールは自然界の中で最も完璧な巨視的なものです:空間と時間の概念だけで構成されています。

——スブラマニヤン・チャンドラセカール(Subrahmanyan Chandrasekhar)です

2万7000光年離れた暗い銀河系の中心には、太陽の430万倍の質量を持つ巨大ブラックホールが渦巻いています。いて座A*ですが、このような大質量の天体は、他の銀河中心のブラックホールに比べれば、小児科のようなものです。銀河の中には、太陽の五百億倍もの質量のブラックホールがあるんですよ。ブラックホールは何をしているのでしょうか?

ブラックホールの時空では、ブラックホールから脱出できるものは何もなく、光でさえも──だからあんなに黒いのです。ブラックホールはアインシュタインの一般相対性理論によって導かれました。ブラックホールの周囲には「地平面」という、物質や光が逃げられない境界を表す架空の面があります。視界の中では、時間と空間が入れ替わってしまうほど時間が歪んでいます。特異点(ブラックホールの中心点、ブラックホールに落ちてきたすべての物質がその点で押しつぶされて消滅する)が必ず存在するのはこのためです。特異点は空間にあるのではなく、時間にあるからです。私たちが明日の到来を避けられないように、特異点も避けられない存在なのです。

かつてブラックホールはサイエンス・フィクションのようなもので、本物の科学というほどではありませんでした。アインシュタインも、ブラックホールは自分の理論で導き出されたものであっても、その存在を信じたことはなかったと考えています。しかし、1971年にアメリカ航空宇宙局のウフルーX線衛星が、はくちょう座x-1という恒星質量のブラックホールを発見しました。実はそれより八年も前から、もっとすごい種類のブラックホールが発見されていました。

1963年，荷兰裔美国籍天文学家马丁·施密特（Maarten Schmidt）发现了类星体，它们是新生星系异常光亮的中心。类星体离我们地球十分遥远，它们发出的光几乎要用大半个宇宙年龄那么长的时间才能抵达地球。类星体可算是时间开端的信号灯了。一个典型的类星体能释放出100个普通星系（如银河系这样的星系）的能量，但它的尺寸甚至还不到太阳系大小。对类星体而言，如果用核能（恒星的能量源）供能就显得力不从心了。唯一能胜任的能源是，围绕黑洞旋转至掉落黑洞、温度高达几百万摄氏度的物质。这里的黑洞指的可不是恒星质量级的黑洞，而是几十亿倍太阳质量的黑洞。

在施密特这一发现过后很长一段时间里，天文学家都一直认为这种超级黑洞仅仅是宇宙中的异类，只为活跃星系（占星系的1%，类星体就是其中最为极端的存在）提供能源。但1990年发射进入地球运行轨道的美国国家航空航天局哈勃太空望远镜发现，这种认知是错误的。哈勃望远镜清楚地观测到数百个星系中，恒星围绕星系中心旋转的姿态和速度。观测结果表明，超级黑洞不仅存在于1%的星系中心，而是几乎存在于每个星系中心。不过，在大多数星系当中，黑洞在耗尽燃料（星际气体和撕裂的星体）之后，便处于蛰伏静止的状态。比如说，我们的人马座A*就正在休眠中。

为什么几乎每个星系中心都会有一个超级黑洞呢？超级黑洞是在其母星系之后形成的吗？超级黑洞导致了星系的形成吗？这些都是宇宙学里尚未得到解答的疑难问题。

1963年にオランダ系アメリカ人の天文学者マーチン・シュミットが発見したクエーサーは、新生銀河の異常な光の中心です。クエーサーは地球から遠く離れていて、宇宙の年齢の半分くらいの時間をかけて地球に届く光を放っています。クエーサーは時間の始まりの信号です。典型的なクエーサーは、銀河系のような銀河100個分のエネルギーを放出しますが、その大きさは太陽系の大きさにも及びません。クエーサーにとって、核(星のエネルギー源)でエネルギーを供給することはできません。唯一できるエネルギーは、ブラックホールの周りを回転してブラックホールに落下する、何百万度にもなる物質です。ブラックホールとは、恒星質量のブラックホールではなく、太陽質量の何十億倍もあるブラックホールのことです。

シュミットの発見から長い間、天文学者たちは、このスーパーブラックホールは宇宙の異物であり、活動銀河(銀河の1%を占め、その中でもクエーサーは最も極端な存在です)のためだけにエネルギーを供給していると考えていました。しかし、1990年に地球軌道に投入されたアメリカ航空宇宙局のハッブル宇宙望遠鏡が、この認識が間違っていることを発見しました。ハッブル望遠鏡では、何百もの銀河の中で、恒星が中心の周りを回っている姿や速度をはっきりと観測することができました。観測の結果、銀河中心の1%だけでなく、ほぼすべての銀河中心にスーパーブラックホールが存在することが判明しました。しかし、ほとんどの銀河では、ブラックホールは燃料(星間ガスや引き裂かれた星)を使い果たしてしまった状態で止まっています。たとえば、いて座A*は休眠中です。

なぜほとんどの銀河の中心にはスーパーブラックホールがあるのでしょうか?スーパーブラックホールは親銀河の後にできたのでしょうか?スーパーブラックホールが銀河を作ったのでしょうか?これらは宇宙論的にまだ解明されていない難しい問題です。

科学家们认为恒星质量级的黑洞是由死亡的恒星坍缩形成的，但是超级黑洞的由来一直是个谜。也许，恒星质量级的黑洞在拥挤的星系中心相撞，然后合并成了超级黑洞。又或者是直接由巨型气云收缩形成的。然而，天文学家发现一些超级黑洞在宇宙现在年龄4%（大爆炸后约5亿年左右）的时候就已经达到了太阳质量的几十亿倍。很难想象超级黑洞如何在这么短的时间内形成如此大的规模。

然而，即使超级黑洞对人类而言大到不可思议，但相对它的母星系而言是非常小的，与星系内所有星体质量相比也是轻得可怕。举个例子，星系中心的星体质量是中心黑洞的约1000倍。当然，我们承认超级黑洞和它所在的星系间关系密切，但让人惊讶的是，超级黑洞能影响到其母星系的每一个角落。这就像是一个微小的细菌掌控着纽约市区这么大的区域！

微小的超级黑洞就是靠物质喷流来操控宏大的星系空间。黑洞周围的气体旋转会扭曲磁场，从而产生喷流现象（高速物质流）。喷流从旋转的黑洞向外发散，横冲直撞穿过星系内各恒星，又进入星系之间的太空中。喷流会在那儿形成一个巨型气泡，里面满是炙热的气体。这些巨型气泡是已知宇宙中最大的天体结构。

星質量級のブラックホールは、死んだ星が収縮してできると考えられていましたが、スーパーブラックホールの由来は謎に包まれていました。おそらく、恒星質量級のブラックホールが渦巻く銀河の中心で衝突し、合体してスーパーブラックホールになったのでしょう。あるいは巨大なガス雲が直接収縮してできたものかもしれません。しかし、いくつかのスーパーブラックホールは、宇宙の年齢の4%(ビッグバンから約5億年後)の時点で、太陽質量の数十億倍に達していたことがわかっています。スーパーブラックホールがこのような短期間で、どのようにして巨大なスケールになったのか、想像するのは難しいでしょう。

しかし、スーパーブラックホールは人類にとってはとてつもなく大きくても、親銀河に比べれば非常に小さく、銀河内のすべての星の質量に比べれば恐ろしく軽いのです。たとえば、銀河の中心にある星は、中心にあるブラックホールの約一〇〇〇倍の質量を持っています。もちろん、スーパーブラックホールとその銀河が密接に関係していることは認められていますが、驚くべきことに、スーパーブラックホールはその銀河の隅々にまで影響を及ぼしています。小さなバクテリアがニューヨーク市内を支配しているようなものです

小さなスーパーブラックホールは、巨大な銀河空間を制御する物質のジェットによって操作されています。ブラックホールの周りでガスが回転すると磁場がねじれ、ジェット現象(高速物質の流れ)が起こります。ジェットは回転するブラックホールから外に向かって発散し、銀河内の恒星を横切って、銀河間の宇宙空間へと流れ込んでいきます。ジェットは熱いガスで満たされた巨大な泡を形成しますこの巨大な泡は既知の宇宙で最大の天体構造です。

事实上，这些巨型气泡就是宇宙第一次隐晦地告知科学界超级黑洞的存在。20世纪50年代，射电天文学家利用战时卫星改装而来的设备发现了一个奇怪的现象，一些星系的射电辐射并不是从星系中心核球区域发出的，而是从星系两边巨大的耳垂状气泡发出的。

20世纪80年代早期，位于新墨西哥州的甚大阵射电望远镜（VLA）第一次看清了那些构成这些巨型气泡的高速物质流。那简直是在嘲笑人类科技在加速物质上是多么无能。我们花费了几十亿欧元建成的大型强子对撞机，仅能将约一纳克的物质加速到接近光速，而宇宙喷流在一年内却能将几倍于太阳质量的物质加速到同样的速度。

黑洞喷流能够控制其母星系的结构。在中心区域时，喷流速度极快，能量也高，可以将气态的恒星原材料带出来。就像吹了一口仙气，使恒星的形成成为可能。而到了外围区域，喷流速度减慢形成气体云，物质在引力的作用下形成新恒星。

超级黑洞不仅是开启或关闭恒星形成的开关，它还以其他方式影响着星系。哥伦比亚大学的天体物理学家卡莱布·沙夫（Caleb Scharf）认为黑洞还能决定新生恒星的特征。那些拥有最大超级黑洞的星系，即超巨椭圆星系中，大部分恒星都是红色、低温而长寿的。沙夫认为有证据表明黑洞就是这幕后的操盘手。这样的恒星生产出来的行星几乎不含任何重一点的元素，如碳、镁、铁等生命所需元素。至少有证据表明这样的元素并不存在于这些星体表面。“地球上之所以有生命诞生，全靠咱们银河系中心的黑洞比较小，”他说，“如果不是这样的话，就不会有太阳或地球。”

実際、これらの巨大な泡は、宇宙が初めて科学界にスーパーブラックホールの存在を知らせたのです。1950年代、電波天文学者は戦時中の衛星を改造した装置を使って、いくつかの銀河からの電波放射が銀河中心の核球領域ではなく、銀河の両側にある巨大な耳たぶ状の泡から発生するという奇妙な現象を発見しました。

1980年代初頭、ニューメキシコ州にある超大型電波望遠鏡(VLA)によって、この巨大な気泡を構成する高速の物質の流れが初めて観測されました。それは、人間のテクノロジーが、物質を加速させる上で、いかに無力であるかを嘲笑しているようなものです。我々が何十億ユーロもかけて作ったlhcでは、約1ナグラムの物質を光速近くまで加速することができますが、ジェット宇宙では一年で太陽質量の数倍の物質を同じ速度まで加速することができます。

ブラックホールジェットは、親銀河の構造を制御することができます。中心部では、ジェットの速度が非常に速く、エネルギーも高いため、ガス状の星の材料を持ち出すことができます。まるで仙人の息を吹きかけたように、星の形成を可能にしたのです。その外側に行くと、ジェットの速度が遅くなってガス雲ができ、物質が引力で新しい星になります。

スーパーブラックホールは星形成のスイッチをオンにしたりオフにしたりするだけでなく、他の方法でも銀河に影響を与えています。コロンビア大学の天体物理学者Caleb Scharfは、ブラックホールは新しく生まれた星の特徴も決めると考えています。最大のスーパーブラックホールを持つ銀河、超巨大楕円銀河の多くは、赤くて低温で長寿です。シャフはブラックホールが黒幕だという証拠があると主張しています。このような星は、炭素やマグネシウム、鉄といった生命に必要な重い元素をほとんど含まない惑星を作り出します。少なくとも、このような元素はこれらの星の表面には存在しないという証拠があります。「地球に生命が生まれたのは、銀河系の中心にあるブラックホールが小さいからです」と彼は言う。「そうでなければ、太陽も地球もない」

当我们远望星际，我们能看见各种不同的星系。如果沙夫所言属实，那么那些拥有较小超级黑洞的星系就可能包含着拥有生命的行星。而那些中心超级黑洞很大的星系就不乐观了，里面全是死寂的行星。

黑洞可算是从科学的冷宫里出来了，我们曾经以为它只是少数的异类，但现在我们却认为黑洞在宇宙中扮演着关键的角色。如果不是咱们的银河系有个大小合适的超级黑洞，你都不能看见这段文字呢。

星間を見ると様々な銀河が見えますシャフの話が本当なら、小さなスーパーブラックホールを持つ銀河には、生命を持つ惑星が含まれている可能性があります。中心にスーパーブラックホールがあるような銀河は、死んだ惑星でいっぱいです。

ブラックホールは科学のお蔵から出てくることができて、私達はかつてそれがただ少数の異分子だと思って、しかし今私達はブラックホールが宇宙の中で重要な役割を演じていると考えます。私たちの銀河系に適当な大きさのスーパーブラックホールがなければ、この文字を見ることはできませんでした。