黑洞是一颗不发光的星体，也是四维空间下的无底深洞。部分科学家认为，在MCG-6-30-15星系中心不仅有一黑洞，而且还存在一个“电磁式发电机”——

黑洞正拖曳着周围的时空高速旋转

在距地球1.3亿光年的MCG-6-30-15星系中心，有一个周长与火星轨道相似的黑洞。有约相当于1亿颗太阳的恒星及星际物质被吸入其中，但没有任何东西（包括光）能从洞中逃逸。假如乘太空船绕其飞行的话，当你接近它足够近时，将会被一股不可抗拒的激流所裹挟。此激流不是气流和星尘团，而是时空本身，因为MCG-6-30-15中心的黑洞在拖曳着周围的时空飞快旋转。

当然，没有宇宙飞船能验证它，从地球上我们更不能直接观察到，因为MCG-6-30-15像一个小凸透镜，它不具有银河系那样的发光旋臂。“该星系在宇宙中很难辨别。”已研究此星系十年之久的剑桥大学天文学家安德鲁 · 费边（Andrew Fabian）说，“如果你用光学望远镜观察，它并不起眼，但若使用不同的天文望远镜看的话，它的形象将变得鲜活起来。”当气体向黑洞中心掉落时，会变得非常炽热并发出X射线，天文学家们通过收集这些射线将其绘成X射线光谱。

一个由德国综合大学的天文学家J · 威尔姆斯（Jörn Wilms）领导的小组，最近公布了MCG-6-30-15至今最好的光谱线——由数据构成的顶部带一尖峰的斜线。通过对该线的仔细研究，他们惊异地发现它所代表的真实含义：一个巨大的黑洞正在以近光速旋转，其周围的时空也像漩涡一样在高速转动，而那些发着荧光的铁原子恰似漩涡中的树叶一样行踪漂浮不定。

图为欧洲宇航局公布的模拟图——演示由卫星观测到的MCG-6-30-15 的超大型黑洞

那些铁原子发射的X射线是如此的强烈，以至仅仅用引力势能转化为辐射能并不能解释它。这条小小的曲线或许揭示了一个新宇宙能源的存在——四分之一世纪前，有人已预言，认为宇宙中的一大部分光线，包括来自某些星系的绚烂的气体喷流在内，可能都是由这种方式产生的，其基本原理就是法拉第于1831年发现的电磁感应定律。如果威尔姆斯和他的同事们是正确的话，在MCG-6-30-15的中心，不仅有一黑洞，而且还存在一个“电磁式发电机”，它可以将时空的旋转角动量转变成辐射能。

这正如人们在了解电磁感应定律之前，或许会把发电机看得比黑洞更加不可思议一样。黑洞最初其实也仅是构想。在1784年英格兰的一位牧师，同时也是地质学家和天文学家约翰 · 米歇尔（John Michell）利用牛顿物理学预言了黑洞的存在。牛顿物理学认为，光是由具有质量的粒子组成的，引力是由另一方大质量的物体给出的。物体质量越大，逃逸其引力所需的速度越大。米歇尔认为，一颗密度是太阳500倍的恒星，其要求的逃逸速度将是光速。若光子径直向上运动的话，它最终将重新落回发射面，这如同炮弹和弓箭在地球表面如此做的一样。因此来自这样恒星的光子，永远到达不了地球。

黑洞是空间弯曲到极限的产物

或许很多人一直认为黑洞就是一个巨大的星体，任何东西（包括光）都不能从洞中逃离出去。其实这种看法是不全面的。尽管黑洞是非常高深莫测的，但它与爱因斯坦的广义相对论相符，而不是牛顿理论。牛顿认为引力是一种由物体给出的神秘力，该力的作用可瞬间跨越很长距离。爱因斯坦1915年提出的相对论则认为，一个巨大的物体能够使其周围的时空弯曲，同时使得包括光在内的穿越时空的路径变得弯曲。相对论没有考虑光子是否具有质量的问题，这与牛顿的想法不同。在1919年的日蚀期间，天文学家亚瑟（Arthur）测量到了太阳使其身后的一颗恒星的光线发生了弯曲。虽然这个弯曲仅仅是千分之二度，但这正符合了爱因斯坦的预测。以后，许多试验也都证明了广义相对论的正确性。

“想象一下黑洞，在那里不仅引力无限大，而且时空方向也仅是指向洞内。”科罗拉多大学的天文学家米切尔 · 比奇曼（Mitchell Begelman）说，“空间并不静止在黑洞外，它是不断地被拽入洞中。”那里的时间也正在被拉长：假设你在太空船上，远远地观察一个正在落入黑洞的表，你将看到，指针的跳动变得越来越慢，当到达视界时，跳动将完全停止。假如你可怜的朋友带着这块表向黑洞落入时向你发射一束光，你看到光的波长将被拉长。这种现象叫做引力红移，即当你朋友接近视界过程中发射的蓝光将逐步变成红光、红外线和无线电波，最后光波变得无限长。

现在来设想一下它的高速旋转。绝大多数黑洞一定是旋转的，退一步讲，部分黑洞肯定是旋转的。恒星是旋转的，当一个大恒星塌缩成黑洞时，该黑洞一定旋转得更快。另外，当旋转的物体被吸入黑洞后，也一定使黑洞旋转加速。可能有数百万这样的黑洞漂浮在我们的星系周围，每个质量约是太阳的5至10倍，周长大致是50英里，它们旋转的速度不同，每周千分之一秒左右也是可能的。

大部分星系的中心存有黑洞

据悉绝大部分星系（包括银河系和MCG-6-30-15）的中心都存在一个大小不一的黑洞。其中最新形成的黑洞估计其质量相当于260万个太阳。当然没有人知道它们到底怎样形成的，或许是通过星系核心拥挤的恒星或恒星级黑洞之间的相互碰撞形成的。总之，巨大的黑洞在旋转中诞生。当宇宙中大量旋转着的星际尘埃落入黑洞时，黑洞的角动量又会进一步增加。而黑洞的视界则是以接近光速旋转的。例如MCG-6-30-15中心的那个黑洞，其周长超过1亿英里，它自旋一周约需1小时45分钟。

在黑洞周围旋转的时空被拽入洞中后，时空会发生什么变化吗？时空会发生严重的扭曲，以至恒星等星际物质被撕裂，继而散落入那虚幻的多维空间吗？“我认为它已到达了结构比拟的极限。”比奇曼说，时空并不是真实的结构，它仅是对物质和能量可能存在的运动方式的一种数学描述。黑洞把一切可能的物体拽入其中，旋转的黑洞首先是带动其周围的物体旋转，在接近视界处，引力非常强大，以至没有谁能抵抗它，因此，物质唯一的运动方式是随黑洞旋转。

2000年6月11日，当威尔姆斯收到来自MCG-6-30-15的数据时，时空漩涡的构想其实并没马上显现在他的计算机上。那些数据是由一颗叫XMM-牛顿的人造卫星收集的，这颗卫星由欧洲宇航局在1999年发射升空（X射线不能穿透地球大气层，所以它们只能在空间收集）。

没有一个理论的指导，仅从那些数据上你看不出任何东西。结合早先观察到的MCG-6-30-15光谱和大量的理论计算，天文学家们描绘出了其核心剧烈活动的草图。他们认为黑洞中心被一扁平的气体环——吸积盘所围绕，吸积盘绝大部分的温度是相对低的。“它的温度是数百万度。”威尔姆斯说。在那温度下，产生蓝光和紫外线。X射线一定来自更热的部分。理论上讲，它们来自一层稀薄的由电子和质子组成的叫光环的沸腾层。当蓝光和紫外线光子束通过沸腾层时，它们高速的光子被反弹而加强成X射线光子，这样形成的光谱是连续光谱。如此高温的光环一定是非常接近黑洞，以至正在被摄入的气体一定已把绝大部分引力能转变成热。因为光环是小的，MCG-6-30-15发出的X射线变化非常快。“如果你通过X射线望远镜观察它，在100秒内，我们看到它的光亮加倍了。”费边说。

十多年前，费边和他的同事们找到了观察临近黑洞中心微微发光的云团的方法。他们观测到了奇特的光谱特征——一些来自光环的X射线照射到吸积盘上，激发那里的铁原子发出X射线——荧光。此射线在光谱中叫铁原子标识线，其光子能量为6.4 kev。

该荧光射线就像出自警察手中的激光枪，这反映了发射此射线的原子正在高速运动。因此在MCG-6-30-15中的铁原子运动很快，由于多普勒频移影响，天文学家并不能观察到恰好在6.4 kev的发射线。多普勒频移，就好似雷达波照射到运动的汽车身上一样。当汽车逆着雷达波方向行驶时，反射回的波会越来越多；顺着雷达波方向行驶时，反射的波将会越来越少。X射线如果来自吸积盘正向地球移动的一方，那X射线的频率在光谱上将向着高能边移动；而来自吸积盘远离地球一方的X射线频率将会向低能边移动。当天文学家记录下该星系的标识X射线谱时，铁线因为多普勒效应的影响而变得不明显。另外，也由于引力红移的影响，接近黑洞的一些铁原子其发出的波长被拉长。最后的结果就是锐利的谱线变成了模糊而宽阔的不对称的丘形。丘形越宽阔，也就说明铁原子越接近黑洞。费边早在1989年便预言了此情况。1994年，他同日本的天文学家一起工作时，利用日本的X射线卫星ASCA，发现了来自MCG-6-30-15的宽阔铁线的证据。威尔姆斯和他的同事们希望利用更加先进的XMM—牛顿卫星发现更多的证据。

“开始时我们观察到的铁线是错误的。”威尔姆斯说，“它要比我们想象的更加宽阔。”“在一个月里，我们面对着的难堪是有关其准确性的问题。”早先曾同费边一起工作过、现又同威尔姆斯工作的马里兰大学的克里斯 · 雷诺兹（Chris Reynolds）回忆道，“我们不得不再次对此进行了全面分析。”

黑洞能量与时空漩涡有密切联系

科学的分析是建立在理论发展基础之上的。研究人员从MCG-6-30-15模型和那唯一来自光环的连续光谱入手，发现大部分X射线是低能量的，高能量的并不多。他们认为有一距黑洞几光年的稀薄暖云层吸收了这些X射线的能量（暖云层好像真的存在，它使得MCG-6-30-15看上去发暗）。天文学家们于是又增补了一些直接来自光环的X射线，这些射线刚刚从吸积盘中反射回来——但同时又发现这些光线逐渐在变弱。最后他们又增加了一条发荧光的铁线，发现该线强度和红移如此显著，因而认定它是来自视界附近的以近光速运动的铁原子层。

“它就像黑洞周围炽热的环。”雷诺兹说。接近MCG-6-30-15黑洞的铁原子发出那样亮的光，这说明黑洞一定正在高速旋转。同时黑洞也正拖曳着周围的时空转动，它允许气体在视界附近转动而不被拽入洞内。铁原子发出的荧光如此明亮，意味着标准的黑洞吸积盘理论存在问题。该理论认为，吸积盘的辐射仅来自引力能，引力能通过摩擦转化为光和热。但这不能解释吸积盘中的炽热光环现象。“由于引力能是逐渐转化的，所以吸积盘中发光的区域应是广泛延伸的。”雷诺兹说，“通过吸入星际物质使黑洞旋转加速，也不能产生如此多的能量。”而威尔姆斯认为，“我们确实需要一些其他的设想了。”

新的有关黑洞能量产生机制的设想，其实并不是刚提出的，早在1977年剑桥大学的罗杰 · 布兰福德（Roger Blandford）和罗曼 · 兹纳杰克（Roman Znajek）就提出了。认为能量其实并不是来自黑洞内部，而是与时空漩涡有着密切联系。它是因黑洞的旋转而在视界外边产生的。布兰福德和兹纳杰克认为，磁场将旋转能转化成了电能。因为吸积盘由带电离子组成，当离子运动时，它们产生磁场。磁力线和气体缠裹在一起转动。当气体被拽入黑洞时，它也拖曳着磁力线进入黑洞。在布兰福德和兹纳杰克的理论中，磁力线像豪猪的刺一样从视界中伸出，它们先穿越时空漩涡，进而向前，一直深入到相对平静的宇宙中。时空漩涡则缠绕着这些磁力线旋转。

你可以想象黑洞是一发电机，而磁力线则通过一个巨大的回路。你也可以把磁力线想象成弹性带子，当它们随着黑洞转动时，将带电离子弹向远方的空间。黑洞也像一个飞轮，当空间物质被吸入黑洞，加速其转速，黑洞积聚能量，当磁力线使带电离子加速后，黑洞的能量被释放了出来。“想一下，如果你将磁力线扭转到某一程度，然后突然使其复原。”米切尔说，“然后你扭转它们再放开，通过这种方式，或许可以从黑洞中提取能量。”

那种能量的脉动释放，可能以宇宙喷流的方式表现出来。喷流是指一些星系的核心部位喷射出的气体流，该气体流几乎以光速在星际间穿越几百万光年，然后才分散于广阔空间。黑洞漩涡怎样产生这样的喷流呢？利用旋转的磁力线，以及黑洞两极飞出的离子，便可以容易地解释该现象。这听上去是不错的，但需要一些来自观察的证据来证明它。布兰福德为此已等了四分之一个世纪了。可是，MCG-6-30-15没有喷流，它显得比较平静。但它看上去确有炽热的光环存在。

毫无疑问，由于技术原因，目前的观测是受限制的。唯一让人容易理解的是光谱中那带尖峰的6.4 kev的铁线，但它是由远离黑洞的铁原子产生的。科学家们正在寻找的铁线是宽阔的几乎呈水平的，其位于来自光环的X射线谱之外的附加层中。霍普金斯大学的朱利安 · 克罗克（Julian Krolik）说，他现在正尽力弄清磁场是怎样将黑洞的旋转能转变为光能。更多的数据可能不久将使疑惑解开。