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径为8。85公里时，就再也没有什么能够离开它的表面往外逃脱了。发出来的每一条光线都被引力拉得那么弯曲，直至转回这个天体为止。这种天体发出的光量子都落了回来，就像地球上人们往上抛石子一样。没有任何光线能把此星蒙难史的信息传递到外界来。这种无体称为黑洞。黑洞我们已经知道，充分紧缩到某种程度的天体能使光线不能外逃。第一个测出此事件发生时该天体半径的是卡尔·史瓦西。史瓦西可称得上是本世纪上半叶最伟大的天体物理学家。他曾为天体物理学的许多分支学科撰写了指引方向的论文。爱因斯坦推导出广义相对论引力场方程组后，卡尔·史瓦西在去世前不久求出了第一个严格解，其中就包含了黑洞推论。卡尔·史瓦西曾担任哥廷根天文台和波茨坦天文台台长。由于战时当兵落下的病根，他于1916年去世，年仅43岁。史瓦西死后，葬于哥廷根中心公墓。天体紧缩到光线不能往外逃逸所要求的临界半径称为史瓦西半径。太阳的这种半径大约为3公里，就是说如果把太阳物质紧缩到半径为此值或更小的一个球内，它的光线就休想往外逃逸了。任何物体的史瓦西半径都可以算出来。质量愈小，这种半径也愈小。对应于一个人体质量的史瓦西半径实在微小，如果用厘米为单位来表示，就是小数点前面一个零，小数点后面要先来21个零才出得来非零数字。如果把一个人的质量挤紧在如此小的半径范围中，光线就不能由此人逃逸到外界了。一个天体失落在一个黑洞中决不是它在宇宙中消灭了。它的引力使它仍旧可以被外界所觉察。光线贴近它就被它捕获，在它周围较远处传越的光线则发生方向变更。它能够用它的引力和别的天体组成力学系统，能够控制住一批行星，还能够和另外一颗星结成一对双星。说到这里，这些都还是假想实验。自然界存在黑洞吗？我们难以想象真有那么大量的物质落到一个中子星上，使它由于质量增长而垮台。X射线双星中打到中子星上的物质流实在太稀疏，甚至在物质流来源星的毕生期间中子星的质量也不会显著增大。可是我们对于中子星的起源已经知道了多少呢？只是蟹状星云脉冲星是超新星爆发的残余天体。那么我们对超新星爆发又了解到了什么地步呢？外层物质飞掉后留下的质量有时太大，形成不了平衡态中子星而造成一个坍缩着的黑洞，难道就不能发生这样的事情吗？有人强烈地怀疑某些X射线双星，认为其中发出X射线的致密天体不是中子星而是黑洞。从伴星分出来的物质在落入黑洞后还能大幅度升温而发出X射线。由多普勒效应（见附录A）可以测知可见星的运动，根据这种运动数据又可以推测该X射线源的质量（见附录C）。人们认为天鹅X…1这个源中的致密天体质量超过太阳的3倍。这就不会是中子星
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了，那么是一个黑洞吗？然而这一质量测定得并不很可靠。因此，直到如今人们尚未找到存在黑洞的确信无疑的证据。迄今为止，到科研文献以及报纸里去寻找黑洞，比起到自然界中去搜索所碰到的要多得多。当今流行的做法是，一遇到解释不了的事物就把黑洞请出来帮忙，把当时尚未理解的千差万别的宇宙现象都归因于黑洞。在伦敦一家书店里我看见过一本关于“BlackHoles”（黑洞）的书排在神秘学类书架上。显然，这位英国书店老板为现代天体物理学界设身处地着想的能力是高明的。看起来，一颗星的命运要么以老老实实冷却的白矮星，要么以中子星而结束。后一种情况是，在其最初阶段则发出射电脉冲，而当物质由于某种原因落到它上面时，就表现为X射线星。一颗星演化到结束时如果剩下质量太多，多到既不能形成白矮星，也不能成为平衡态中子星，那么，这种残余天体的下场就是在黑洞里永远地坍缩下去。恒星的结局是致密天体，其中的物质永远处在一起。不过在此以前它们把一部分质量抛向空中，这就为新一代恒星的诞生准备了物质基础。恒星几乎总要变成致密天体，那么，归根到底恐怕宇宙中的一切物质都要缩聚为冷却中的白矮星、中子星或者黑洞，而围绕它们死气沉沉地运转的则是僵冷的行星。看起来似乎宇宙是在走向枯燥乏味的未来。
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12。恒星是怎样诞生的专家们想要确知，星星怎样出世，星星怎样去世。（1958年德国自然科学家与医生学会举办的一次悬赏征文竞赛收到的一篇得奖论文题头词）从幼年开始的氢聚变直到老年的恒星演变，我们已经讲了一遍。那么在此之前又是什么呢？恒星的一生经历是这样的，那么恒星又从何而来呢？它们是由什么东西组成，是怎样产生的呢？既然恒星的寿命有限，那么它们的形成只能发生在有限的年代以前。有什么办法可以使我们了解这种过程呢？我们有没有看见天上某处恒星正在形成？我们就是它们诞生的见证人吗？千亿个恒星组成了我们银河系扁盘，我们能在某些位置发现恒星起源的线索吗？恒星现在还在诞生这种线索在我们已有的知识中就能找到。我们知道，大质量恒星，也就是那些质量等于和超过太阳的10倍的恒星，衰老得很快。它们大量挥霍氢原料，在主序上呆不长久。所以不论什么时候我们只要看到一颗大质量主序星，就知道它一定还没有衰老。识别它的一个标志是它本身的光度强；由于它的表面温度高，它的光呈蓝色。蓝色高光度星就是这样还在年轻时期的恒星，它们的年龄可能还不到100万年，和已发光几十亿年的太阳相比，这种星的确是年轻。那么想寻找宇宙中不久前产生恒星的所在，就不如以蓝色高光度主序星为向导。人们在哪里能找到它们，哪里就刚刚产生过恒星，甚至有可能现在还在形成恒星。人们在天上发现了整窝整窝的蓝色高光度星。这种现象有什么特色？它们是在为我们提供恒星如何诞生的线索吗？多数情况下人们看到的那些所在有大量气体和尘埃物质集聚在恒星之间。猎户星云就是这样的所在之一（见图12…1）。埋在其中的有一批年龄不超过100万年的蓝色强光度恒星。在人马星座有许多年轻恒星隐藏在一片厚尘云背后，直到汉斯·埃文台用波长较长的红外光去观测，才能穿透尘埃物质拍得照片，对这些新生恒星进行研究。我们已经知道，星际空间不是空的，而是充满了气体和尘埃物质。这种气体的密度约为每立方厘米一个氢原子，而温度在…170摄氏度附近。星际尘埃只有…260摄氏度，这里要冷得多，但是年轻恒星所在处的星际物质
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并不是这样的。黑暗的尘云遮住了背后的星光。气体云密度达每立方厘米若干万原子，受附近年轻恒星的加热，温度高达10000度而发光。甲酸和乙醇之类的复杂分子以特定波长发出射电辐射。星际物质在这些区域的集中使人猜想恒星是由星际气体形成的。英国天体物理学家，和爱丁顿同时代的詹姆斯·金斯（JamesJeans）所提出的一种论证也支持这种想法。让我们来设想，空间充满了星际气体，每个原子对其他原子都有引力作用，使气体产生紧缩倾向。通常是气体压力使气体免于坍缩。如同恒星内部也是引力和气体压力相互平衡那样，这里的平衡是完全类似的一种局面。如果现在我们来取一定量的星际气体，并假想把它稍加压缩，那么原子与原子相互靠近，引力增大。但同时气体压力也变大，通常比引力的增长更厉害，使得被我们所压缩的气体又膨胀起来而恢复原状。人们常说：星际气体是稳定的。可是金斯发现，这种稳定性并不那么牢靠。只要同时压缩充分数量的物质，引力就比气体压力增长得更快，气体云就缩小下去。这种倾向只要一开头，本身引力就促使巨量物质的密度同时升高。大约10000倍太阳质量的星际物质一起变成不稳定的。也许这就是为什么人们总是只看到年轻星成批出现的原因。是的，它们总是一下子一大批地降生。在10000倍太阳质量的星际气体与尘埃物质愈来愈迅猛地坍缩的过程中，部分气体可能会形成较小的云团，它们的密度也分别增大。后来，每个云团各自变成一颗恒星。计算机表演恒星的诞生1969年，一位年轻的加拿大天体物理学家理查德·B·拉森（RichardB。Larson）在他的加州理工学院博士论文中写出了这种变化过程。他的这篇论文后来成为现代天体物理学文献中的一件标准作品。拉森研究了由星际物质形成一颗单独恒星的过程。拉森设想有一团球状星云的质量和太阳的质量正好相等，他用了一种在当时的条件下尽可能最合理地反映一团气体云坍缩的计算程序探索了它的变化。他的研究起点不是星际物质，而是密度已经大增的一个云团，相当于大规模坍缩物质中的一粒碎屑。因此，可以说这种云团的密度早已超过了星际物质：每立方厘米已达60000个氢原子。拉森初始云团的直径大致为其后将由这团物质形成的太阳半径的500万倍。接下来的过程是发生在一段天体物理上来说极短暂的时间中，也就是500000年内。这团气体最初是透光的：每粒尘埃不断发出光和热，这种辐射一点也不受周围气体的牵制，而是畅行无阻地传到外空。这种透光的初始模型也就决定了气体球团的今后演变。气体以自由落体的方式落到中心去，于是物质在中心区积聚起来。本来质量均匀分布的一团物质，这时变成越往里密度愈大的气体球（参阅图12…2）。这样一来，中心附近的重力加速度愈来愈大，内
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部区域物质的运动速度的增长表现得最为突出。开始时几乎所有的氢都结合成氢分子：一对对氢原子彼此结成分子。最初气体的温度很低，总也不见升高，这是因为它仍然太稀薄，一切辐射都能往外穿透而溃缩着的气体球受到的加热作用并不显著。要经过几十万年后，中心区的密度才会变大到使那里的气体对于辐射变得不透明，而在此以前的辐射一直在消耗热量。这么一来，气体球内部的一个小核心就要升温。后者的直径只有那个始终充满向中心下落物质的原气体球的1/250。随着温度的上升，压力也就变大，终于使坍缩过程停了下来。这个特密中心区的半径和木星轨道半径差不多，而它所含的质量只及整个坍缩过程中涉及的全部物质的0。5％。物质不断落到内部小核心上，它所带来的能量在物质撞到核心上的时候又成为辐射而放出。同时核心在缩小，并变得愈来愈热。这种过程一直要进行下去，�