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科學探索：超大質量黑洞影響了地球上生命的演化嗎？
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科學探索：超大質量黑洞影響了地球上生命的演化嗎？
圖片來源：pixabay
1939年，愛因斯坦在《數學年刊》（Annals of Mathematics）上發表了一篇論文，認為黑洞在自然界中並不存在。25年後，Maarten Schmidt發現類星體在宇宙尺度上是很強的光源。而到了20世紀60年代中期，東方的Yakov Zel'dovich和西方的Ed Salpeter將這些神秘的點狀源解釋為超大質量黑洞，其自身所在星係中的氣體物質像漩渦一樣流向黑洞，並以此維持黑洞的存在。隨著氣體物質在圍繞黑洞的最內層穩定圓形軌道（innermost stable circular orbit，ISCO）上達到零點幾光速，它將因為湍流粘度而通過自身磨擦升溫。
因此，這些氣體物質的吸積盤會產生亮光，輻射其靜止質量的十分之一，並且該亮度的數量級將超過宿主星係中恒星的亮度總和。高能量供給率使得類星體就算到可見宇宙的邊緣也總是可見的。數十年後，天文學家發現幾乎每一個星係中心都有一個超大質量黑洞。大部分時間裏這些黑洞都處於供給不足的狀態，但會間歇性爆發，每次爆發隻持續數千萬年。一旦能量攝取過多，類星體就會像個孩子一樣把食物扔下桌去。
今年諾貝爾物理學獎被授予Andrea Ghez和Reinhard Genzel，以表彰他們發現了在銀河係中心潛伏著一個目前很安靜的黑洞的決定性證據。這個龐然巨物重達四百萬個太陽，目前正在休眠，其光熱由微弱的無線電波源人馬座A*（縮寫為SgrA*）提供。如果由類星體供給能量，那麽它發出的光將強十億倍。
目前SgrA*比較暗淡，但我們有證據表明過去它曾經曆過爆發。這並不令人驚訝，因為接近星係中心的氣體雲或進入SgrA *十倍視界（約等於地日距離）之內的恒星會因那裏的強引力潮而變得麵目全非，變成觸發類似類星體耀斑的氣流。
圖片來源：pixabay
SgrA*近期曾處於巨量氣體供能階段的確鑿證據是，SgrA *周圍的年輕恒星在優勢麵上運動。這意味著這些恒星是由平麵氣體盤形成的，就像太陽係平麵上的行星或銀河係星盤上的恒星那樣。由於SgrA*周圍的恒星年齡小於銀河係年齡的1%，氣體雲破裂引起的主要吸積過程必然在SgrA *周圍發生了至少一百次。這一結論基於哥白尼原則，與當下的時間無關。的確，可以觀察到一對被稱為費米氣泡的巨大熱氣體團從銀河係中心沿著銀河係的旋轉軸輻射出來，這表明最近有一次圍繞SgrA*的吸積過程為其提供能量。理論計算表明除了大質量氣體雲的破裂，個別恒星也散布在黑洞附近，並且每萬年經曆一次潮汐破裂。其產生的殘骸供給了大量能量，可能導致SgrA*產生極其明亮的耀斑。這種恒星的引力潮汐撕裂事件也確實能在其他星係中觀察到，且有相同的預測頻率。
圖片來源：pixabay
SgrA*所產生的耀斑對地球上的生命會有影響嗎？原則上說有影響，因為這些耀斑帶有破壞性的X射線和紫外線輻射。2018年，與我曾經的博士後John Forbes合作的研究表明，如果太陽係距離銀河係中心的距離隻有現在的十分之一，那麽在這種耀斑中產生的紫外線輻射可以蒸發火星或者地球的大氣層。但就算距離遠一些，紫外線輻射也可以抑製複雜生命的成長，產生類似於不停踩草坪進而抑製草生長的作用。
在太陽係目前的位置上，地球生命不受來自SgrA*紫外線的威脅。但是最近的研究指出，與現在相比，初生的太陽可能距離銀河係中心近得多，太陽通過之後的引力衝擊遷移到了目前的位置。由於之前在更近的距離上遭受了來自SgrA*的紫外線閃爍，這可能在地球早期的演化過程中讓複雜生命受到了傷害。這或許可以解釋為何地球大氣的氧氣含量直到二十億年後才升到了目前的高水平，也許那就是在地球與SgrA*距離足夠遠的時候。與Manasvi Lingam合作，我正在研究地球生命與太陽遠離銀河係中心之間的可能聯係。
傳統上，太陽被視為是影響地球上生命的唯一天文光源。但黑洞SgrA*可能也在地球生命的形成過程中扮演了重要角色。這種令人驚訝的發現就像認識到一個陌生人可能在你出生前就已經影響了你的家庭史。如果SgrA*與地球生命之間的聯係能夠被建立起來，那麽超大質量黑洞研究或許會產生第二個諾貝爾獎。
撰文：Avi Loeb
翻譯：常灝傑
審校：曾小歡
引進來源：科學美國人
引進鏈接：https://www.scientificamerican.com/article/did-a-supermassive-black-hole-influence-the-evolution-of-life-on-earth/
本文來自：環球科學
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1939年，愛因斯坦在《數學年刊》（Annals of Mathematics）上發表了一篇論文，認為黑洞在自然界中並不存在。25年後，Maarten Schmidt發現類星體在宇宙尺度上是很強的光源。而到了20世紀60年代中期，東方的Yakov Zel'dovich和西方的Ed Salpeter將這些神秘的點狀源解釋為超大質量黑洞，其自身所在星係中的氣體物質像漩渦一樣流向黑洞，並以此維持黑洞的存在。隨著氣體物質在圍繞黑洞的最內層穩定圓形軌道（innermost stable circular orbit，ISCO）上達到零點幾光速，它將因為湍流粘度而通過自身磨擦升溫。
因此，這些氣體物質的吸積盤會產生亮光，輻射其靜止質量的十分之一，並且該亮度的數量級將超過宿主星係中恒星的亮度總和。高能量供給率使得類星體就算到可見宇宙的邊緣也總是可見的。數十年後，天文學家發現幾乎每一個星係中心都有一個超大質量黑洞。大部分時間裏這些黑洞都處於供給不足的狀態，但會間歇性爆發，每次爆發隻持續數千萬年。一旦能量攝取過多，類星體就會像個孩子一樣把食物扔下桌去。
今年諾貝爾物理學獎被授予Andrea Ghez和Reinhard Genzel，以表彰他們發現了在銀河係中心潛伏著一個目前很安靜的黑洞的決定性證據。這個龐然巨物重達四百萬個太陽，目前正在休眠，其光熱由微弱的無線電波源人馬座A*（縮寫為SgrA*）提供。如果由類星體供給能量，那麽它發出的光將強十億倍。
目前SgrA*比較暗淡，但我們有證據表明過去它曾經曆過爆發。這並不令人驚訝，因為接近星係中心的氣體雲或進入SgrA *十倍視界（約等於地日距離）之內的恒星會因那裏的強引力潮而變得麵目全非，變成觸發類似類星體耀斑的氣流。
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SgrA*近期曾處於巨量氣體供能階段的確鑿證據是，SgrA *周圍的年輕恒星在優勢麵上運動。這意味著這些恒星是由平麵氣體盤形成的，就像太陽係平麵上的行星或銀河係星盤上的恒星那樣。由於SgrA*周圍的恒星年齡小於銀河係年齡的1%，氣體雲破裂引起的主要吸積過程必然在SgrA *周圍發生了至少一百次。這一結論基於哥白尼原則，與當下的時間無關。的確，可以觀察到一對被稱為費米氣泡的巨大熱氣體團從銀河係中心沿著銀河係的旋轉軸輻射出來，這表明最近有一次圍繞SgrA*的吸積過程為其提供能量。理論計算表明除了大質量氣體雲的破裂，個別恒星也散布在黑洞附近，並且每萬年經曆一次潮汐破裂。其產生的殘骸供給了大量能量，可能導致SgrA*產生極其明亮的耀斑。這種恒星的引力潮汐撕裂事件也確實能在其他星係中觀察到，且有相同的預測頻率。
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SgrA*所產生的耀斑對地球上的生命會有影響嗎？原則上說有影響，因為這些耀斑帶有破壞性的X射線和紫外線輻射。2018年，與我曾經的博士後John Forbes合作的研究表明，如果太陽係距離銀河係中心的距離隻有現在的十分之一，那麽在這種耀斑中產生的紫外線輻射可以蒸發火星或者地球的大氣層。但就算距離遠一些，紫外線輻射也可以抑製複雜生命的成長，產生類似於不停踩草坪進而抑製草生長的作用。
在太陽係目前的位置上，地球生命不受來自SgrA*紫外線的威脅。但是最近的研究指出，與現在相比，初生的太陽可能距離銀河係中心近得多，太陽通過之後的引力衝擊遷移到了目前的位置。由於之前在更近的距離上遭受了來自SgrA*的紫外線閃爍，這可能在地球早期的演化過程中讓複雜生命受到了傷害。這或許可以解釋為何地球大氣的氧氣含量直到二十億年後才升到了目前的高水平，也許那就是在地球與SgrA*距離足夠遠的時候。與Manasvi Lingam合作，我正在研究地球生命與太陽遠離銀河係中心之間的可能聯係。
傳統上，太陽被視為是影響地球上生命的唯一天文光源。但黑洞SgrA*可能也在地球生命的形成過程中扮演了重要角色。這種令人驚訝的發現就像認識到一個陌生人可能在你出生前就已經影響了你的家庭史。如果SgrA*與地球生命之間的聯係能夠被建立起來，那麽超大質量黑洞研究或許會產生第二個諾貝爾獎。
撰文：Avi Loeb
翻譯：常灝傑
審校：曾小歡
引進來源：科學美國人
引進鏈接：https://www.scientificamerican.com/article/did-a-supermassive-black-hole-influence-the-evolution-of-life-on-earth/
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