生命的存在 黑洞的恩惠

位於銀河系中心那隻吞噬萬物的野獸，或許能用來解釋地球之所以存在並適宜生命的原因。

重點提要

■黑洞（例如潛藏在我們星系中心那個400萬太陽質量的東西）並不只是單純的消費者而已，當它們吞食周遭物質時，也會輻射出巨大的能量。
■黑洞的攝食習性對於星系的影響令人驚訝。過多或過少的黑洞活動，可能會大幅減少星系中適合生命存活的環境。
■銀河系有個適度活動的黑洞，使星系內恆星族群數量保持穩定，可說是最適合生命存在的星系。
■黑洞與生命之間的關聯很複雜，但銀河系中心的黑洞似乎已為我們此時此地的生存，做出了極大的貢獻。

我們生存在宇宙這一方微小角落的時間是非常短暫的，大自然完全無視於我們的需求，在廣闊無垠的時空尺度上揮灑其偉大的作為。或許我們唯一能寥以慰藉的，就是我們擁有對於居住地點提出質疑並尋求答案的無窮能力。我們存在的獨特環境，如何與統籌了眾多恆星、星系與黑洞的雄偉宇宙藍圖緊密連結，就是我們現在要問的問題之一。

有許多宇宙現象能影響生命的存在，但有些會比其他的重要一點，擁有獨特本質的黑洞就是其中之一，宇宙中沒有其他物體能比它更有效率地將物質轉變成能量；也只有它能像個極巨大的旋轉電池般，將物質以近乎光速彈射到數萬光年之外。黑洞誘捕周遭物質的能力同樣無與倫比——它們是宇宙裡最強大的終極食客，就像個大胃王似的，它們通常不會細嚼慢嚥，而是狼吞虎嚥地吞食物質。

墜入黑洞的物質並不會默不作聲。在接近事件視界時，它們會以極高的速度運動，若黑洞正在旋轉，它們更會在其周邊跟著超高速旋轉。一旦物質遭遇並撞擊擋在路徑上的任何東西，所釋放出來的巨大動能就可以轉化為原子與次原子粒子的運動，以及電磁輻射。由於這些粒子和光子在到達事件視界前便已產生，它們可以掙脫黑洞的控制，洶湧地奔回宇宙。浴缸裡嘈雜的排水過程可用來粗略比擬這個現象，當液體墜入排水管時，水會猛烈撞擊空氣分子，使得某些旋轉動能轉化成聲波。由於聲波速度比水快，它們可逃離排水孔。在巨型黑洞的狀況裡，這種事件驅趕出的能量會對周遭的星系造成廣泛的效應。

當天文學家談到物質被餵進超大質量黑洞的現象時，他們會說那是個「負載循環」，就像洗衣機的洗衣過程一樣，出現斷斷續續的晃動。黑洞負載循環的速率，代表了它吞食物質和靜止狀態之間往復變動的頻率。位在銀河系中心的超大質量黑洞目前雖然處於靜止狀態，但它也會不時啟動。天文學家推估銀河系中心黑洞的負載循環，恰好與星系的整體特質息息相關。它也對太陽系為何能夠支持生命的存在，提供了引人入勝的線索。

活躍於綠谷中

令人詫異的是，天文研究的結果指出巨型黑洞的負載循環與宿主星系多樣的恆星相關。將物質拋入黑洞，啟動其負載循環的動力學程序，也同時影響了居住在星系中的恆星種類；於負載循環高峰期時自閃耀黑洞傾瀉而出的能量，也使得這些恆星的組成更加豐富。這些組成是關於星系系統本質極其重要的線索。星系裡的恆星一般分為紅色、黃色或藍色；藍色的恆星通常質量最大，因此，它們也是最短命的恆星，其核子燃料會在短短的幾百萬年內燃燒殆盡。如果你在夜空中觀測到藍色恆星，代表你正在觀察年輕的恆星系統，與持續進行中的恆星生命徵象。

天文學家發現，如果把同一星系發出的星光加總起來，整體的顏色不是偏紅，就是偏藍。紅星系通常是橢圓星系，而藍星系往往是螺旋星系，處於此兩色群之間的則被認定為過渡時期的系統，可能因為其中年輕的藍色恆星相繼死去，而且沒有繼起的恆星取代，所以正朝向偏紅的路途演進。依據色彩混合的邏輯，天文學家稱此中間時期為「綠谷」。

在過去的10億年裡，最大的綠谷螺旋星系具有最高的黑洞負載循環，它們是當今宇宙中最規律成長並不斷嘎嘎作響的巨型黑洞之家。一個這種星系裡的恆星總共含有1000億太陽質量，並且如果你注視這種星系，比起其他種類的螺旋星系，你更有機會看見進食中黑洞的徵兆。每10個這種星系，就有一個星系包含了正在消耗物質的活躍黑洞，就宇宙而言，它們正不斷開啟、關閉。

星系處於綠谷中的狀態，與中心黑洞活動的物理連結，仍是個謎。這是個過渡時期，多數星系不是偏紅就是偏藍。綠谷中的系統正在經歷變動期，它甚至可能關閉恆星形成的管道。我們知道處在別種環境下的超大質量黑洞，例如在星系團裡及在年輕的大型星系中，也會出現這樣的效應。那有可能是因為它們的活動正在「綠化」星系，而導致星系轉型的同樣機制也可能會把物質餵進黑洞。

我們研究其他鄰近的星系時，確實發現了噴出最多能量的黑洞，會影響宿主星系廣達數千光年的證據。在某些情形下，物質被餵入黑洞所引發的猛烈紫外光與X光輻射，會向外推擠氣體形成熱氣，這些熱氣掃過星系的恆星形成區域時，就像炎熱天氣的鋒面籠罩整個鄉野一樣。這對於恆星與元素的產生，究竟有什麼具體衝擊，目前仍不清楚，但它確實是一股強大的力量。

相同地，觸發這類狂暴輸出的誘因，會對這些系統有更深遠的影響。例如，被更大星系的重力位能阱所捕獲的矮星系，在向內墜落時會激揚物質，並將這些物質注入黑洞。這就像煽動將滅之火的餘燼，以重新點亮它一樣，墜落的矮星系之重力與壓力效應，會降低或刺激較大系統的其他區域裡的恆星形成。這些現象有助於解釋為何超大質量黑洞的活動，與其周遭恆星的年齡（以致於顏色）大致相關。