什么是黑洞？

黑洞的模拟的视图在大麦哲伦星云前面的。

黑洞是外层空间中最奇怪，最引人入胜的物体。它们非常密集，具有如此强大的引力，以至于如果光线足够近，甚至光线也无法逃脱它们的控制。

爱因斯坦（Albert Einstein）于1916年用广义相对论首次预测了黑洞的存在 。“黑洞”一词由美国天文学家约翰·惠勒于1967年提出 。在数十年的黑洞仅被称为理论物体之后，1971年发现了有史以来第一个物理黑洞。

然后，在2019年，事件地平线望远镜（EHT）合作发布了有史以来第一张记录的黑洞图像。EHT在望远镜检查事件视界或没有东西可以从黑洞逸出的区域时看到了M87星系中心的黑洞。该图像映射了光子（光粒子）的突然损失。现在，天文学家知道黑洞的模样，它也为黑洞的研究开辟了一个全新的领域。

到目前为止，天文学家已经确定了三种类型的黑洞：恒星黑洞，超大质量黑洞和中间黑洞。

恒星黑洞-小而致命

当恒星燃烧完最后的燃料时，该物体可能会塌陷或掉入其自身中。对于较小的恒星（那些恒星的质量约为太阳质量的三倍），新的核将成为中子星或白矮星。但是，当一颗较大的恒星坍塌时，它会继续压缩并形成一个 恒星黑洞。

由单个恒星坍塌形成的黑洞相对较小，但密度却令人难以置信。这些物体中的一个将太阳质量的三倍压缩成一个城市的直径。这会导致大量的引力拉扯物体周围的物体。然后，恒星黑洞会消耗周围星系中的灰尘和气体，这会使它们的尺寸不断增大。

根据哈佛大学-史密森天体物理学中心的说法 ，“银河系包含数亿个”恒星黑洞。

超大质量黑洞-巨人的诞生

小黑洞遍布整个宇宙，但它们的表亲（超质量黑洞）占主导地位。这些巨大的黑洞的 质量是太阳的数百万甚至数十亿倍，但直径大小大致相同。人们认为这种黑洞几乎位于每个星系的中心，包括 银河系。

科学家不确定如此大的黑洞是如何产生的。一旦这些巨人形成，它们就会从周围的尘埃和气体中收集质量，这些物质在银河系的中央很丰富，可以成长为更大的尺寸。

超大质量黑洞可能是成百上千个小黑洞合并在一起的结果。巨大的气体云也可能造成爆炸，坍塌并迅速积聚质量。第三种选择是恒星团的坍塌，一群恒星全部落在一起。第四，超大质量的黑洞可能是由大群暗物质引起的。我们可以通过引力对其他物体的观察来观察这种物质。但是，我们不知道暗物质是由什么组成的，因为它不发光并且不能直接观察到。

一个年轻的黑洞的插图，例如Spitzer太空望远镜最近发现的两个遥远的无尘类星体。

中间的黑洞-卡在中间

科学家们曾经认为黑洞进来只是小尺寸和大尺寸，但 最近的研究 显示，中型，或可能 中间，黑洞（IMBHs）可能存在。当团簇中的恒星在连锁反应中发生碰撞时，可能会形成此类物体。然后，在同一区域形成的多个IMBH最终可能会一起落入星系中心，并形成一个超大质量的黑洞。

2014年，天文学家 在旋涡星系的手臂上发现了一个 中等质量的黑洞。

英国达勒姆大学的研究合著者蒂姆·罗伯茨（Tim Roberts）在一份声明中说：“天文学家一直非常努力地寻找这些中等大小的黑洞 。” “有迹象表明它们确实存在，但IMBH的举止就像是一个失散已久的亲戚，对被发现不感兴趣。”

从2018年开始的最新研究表明，这些IMBH可能存在于矮星系（或非常小的星系）的心脏中。对10个这样的星系的观测（在最新的调查之前，其中5个星系以前是科学界未知的），揭示了X射线活动（黑洞中很常见），表明存在36,000至316,000太阳质量的黑洞。该信息来自斯隆数字天空调查，该调查检查了大约一百万个星系，并且可以检测到经常观察到的黑洞发出的光，这些黑洞正在拾取附近的碎片。

黑洞是奇怪的区域，重力很强，足以弯曲光线，扭曲空间并扭曲时间。

黑洞是什么样的？

黑洞具有三个“层”：外部和内部事件视界以及奇异性。

黑洞的 事件视界是黑洞口周围的边界，光线无法越过该边界。一旦粒子越过事件视界，就无法离开。重力在整个事件范围内都是恒定的。

黑洞的内部区域（物体的质量所在）被称为 奇点，即时空中黑洞质量集中的单个点。

科学家看不到黑洞，就像他们看到太空中的恒星和其他物体一样。相反，天文学家必须依靠检测当尘埃和气体被吸入密集的生物中时发出的黑洞辐射。但是，位于银河系中心的超大质量黑洞可能被周围厚厚的尘埃和气体所笼罩，这可以阻止电视信号的发射。

有时，当物质被拉向黑洞时，它跳离事件视线并向外抛出，而不是被拉到花胶中。产生了以相对论速度传播的明亮的材料射流。尽管看不见黑洞，但可以从远处看到这些强大的喷流。

将在M87黑洞的事件视界望远镜的图像（2019年发布）是一个非凡的努力，需要两年的研究进行了拍摄的图像即使经过。这是因为遍布全球许多天文台的望远镜合作产生的数据量惊人，而且太大，无法通过Internet传输。

随着时间的流逝，研究人员希望对其他黑洞成像，并建立物体外观的存储库。下一个目标可能是射手座A *，这是我们银河系中心的黑洞。一项2019年的研究报告称，人马座之所以吸引人，是因为它比预期的安静，这可能是由于磁场抑制了它的活动。那年的另一项研究表明，人马座A *周围有凉爽的气体晕圈，这使人们对黑洞周围的环境看起来有了前所未有的了解。

事件地平线望远镜是通过国际合作锻造的，由八台地面射电望远镜组成的行星级阵列，捕获了这张银河系M87中心超大质量黑洞及其阴影的图像。

将光照在二进制黑洞上

2015年，使用激光干涉仪重力波天文台（LIGO）的天文学家检测到了合并恒星黑洞产生的引力波。

“我们进一步证实存在大于20个太阳质量的恒星质量黑洞-这些是我们在LIGO发现它们之前不知道的物体，” LIGO科学合作组织（LSC）的发言人戴维·舒梅克（David Shoemaker） ， 在一份声明中说。LIGO的观察还提供了有关黑洞旋转方向的见解。当两个黑洞相互缠绕时，它们可以在相同方向或相反方向上旋转。

关于二进制黑洞是如何形成的，有两种理论。第一个建议是两个星以大约双星形式同时出现，这是由两个恒星共同诞生并在大约同一时间爆炸性死亡造成的。伴星将具有彼此相同的自旋方向，因此也将留下两个黑洞。

在第二种模式下，恒星群集中的黑洞沉入群集的中心并配对。这些同伴彼此之间将具有随机的旋转方向。LIGO对具有不同自旋取向的伴生黑洞的观察 为该形成理论提供了更有力的证据。

LIGO汉福德天文台的加州理工学院的LIGO科学家Keita Kawabe说：“我们开始收集有关二进制黑洞系统的真实统计信息。” “这很有趣，因为即使是现在，某些黑洞二进制形成模型还是比其他模型更受青睐，将来，我们可以进一步缩小范围。”

关于黑洞的怪异事实

• 如果您陷入了一个黑洞，很久以来就一直有理论认为，重力会像意大利面条一样将您拉长，尽管您的死亡会在达到奇点之前就到来。但是 2012年发表在《自然》杂志上的一项研究 表明，量子效应会使事件视界像火墙一样作用，立即将您炸死。
• 黑洞不吸。吸力是由将某物吸入真空中引起的，而巨大的黑洞绝对不是。取而代之的是，物体会掉落到它们之中，就像它们掉落到任何施加重力的物体上一样，例如地球。
• 被认为是黑洞的第一个对象是 天鹅座X-1。天鹅座X-1是史蒂芬·霍金 （Stephen Hawking）和物理学家基普·索恩（ Kip Thorne） 1974年友好下注的主题 ，霍金（Hawking）赌源不是黑洞。1990年，霍金承认失败。
• 大爆炸之后可能会立即形成微型黑洞。迅速扩大的空间可能将某些区域挤入了比太阳小的质量小的密集黑洞。
• 如果一颗恒星太靠近黑洞，那么该恒星可能会被 撕开。
• 天文学家估计，银河系大约有1000万至10亿个恒星黑洞，其质量约为太阳的三倍。
• 黑洞仍然是科幻小说和电影的绝佳饲料。观看电影《星际穿越》（Interstellar），该电影在很大程度上依赖索恩并入了科学。索恩（Thorne）与电影特效小组的合作使科学家 对在快速旋转的黑洞附近看到远处的恒星时看起来会如何出现有了更好的理解。