神秘的黑洞

黑洞（black hole）是宇宙中最神奇和最迷人的物体之一。黑洞的质量是如此之大，它产生的引力场是如此之强，以致于任何物质都无法逃逸，就连传播速度最快的光（电磁波）也不例外。

1916年，爱因斯坦在其广义相对论中首次预测了黑洞的存在，“黑洞”一词则是在1967年由美国天文学家约翰·惠勒提出，而第一个黑洞被发现于1971年。

1.黑洞的类型

黑洞可以分为四种类型：微型黑洞、恒星黑洞、中等质量黑洞和超重黑洞。

微型黑洞

微型黑洞又称为量子黑洞，是一种很小的黑洞。其被称为量子黑洞，是因为在这个尺度之下，量子力学的效应扮演非常重要的角色。这些量子层级的原始黑洞有可能是在早期的宇宙（或者大爆炸时期）里面高密度的环境，或者是在随后的相变里面被产生出来的。在不远的未来，通过因霍金辐射效应所散射出的粒子，天文物理学家可能会观测到这些黑洞。

另外，微型黑洞的产生有可能是在大型强子对撞机内就可以观测到的重要现象。

欧洲大型强子对撞机。

恒星黑洞

当一颗恒星在期生命周期的末期，燃料即将耗尽时，它将会出现引力坍塌。对于较小的恒星（质量约为太阳的三倍），坍塌后的新核将形成一个中子星或白矮星。但是，当一颗更大的恒星坍塌时，它将继续压缩直至形成一个黑洞。

质量达太阳10倍的黑洞之电脑模拟图。

这些黑洞由某些恒星的坍塌形成，相对来说比较小，但却是令人难以置信的致密。这是些把三倍于太阳质量甚至更大的物体压缩成一个城市大小的怪物。这将会使其对周围的物体产生无比巨大的引力。黑洞不断吞噬来自星系周围的尘埃和气体，从而慢慢长大。

据哈佛-史密森天体物理中心介绍，银河系至少存在几亿个恒星黑洞。

中等质量黑洞

中等质量黑洞是质量超过恒星黑洞（数十倍太阳质量），但远小于超重黑洞（数百万倍太阳质量）的一种黑洞。

科学家曾经认为黑洞只会诞生于小尺寸和大尺寸，但最近的研究表明，可能存在中型黑洞（IMBH）。这类天体可能形成于恒星在反应链中发生密集的碰撞。在同一区域形成的几个中型黑洞，最终可能共同落在星系中心形成超重黑洞。

2014年，天文学家在一个螺旋星系的悬臂上发现了一个中等质量黑洞。

“天文学家们一直在艰难地寻找这些中等质量黑洞。”英国杜汉姆大学的罗伯茨在一份声明中说，“有迹象表明他们的存在，但IMBH却像是失散多年的亲戚，毫无被发现的欲望。”

超重黑洞

恒星黑洞只是普通地存在于宇宙中，但是它们的大哥——超大质量黑洞则是主宰。超大质量黑洞的质量高达太阳的数百万甚至数十亿倍。这样的黑洞被存在于许多星系的中心，包括银河系。

一个新生的超重黑洞。

科学家们无法确定如此大的黑洞是如何产生的。超重黑洞一旦形成，就可以轻而易举地吸收周围的尘埃和气体等大量物质，这些物质在星系的中心是相当丰富的，这使超重黑洞能进一步成长到巨型尺寸。

超重质量黑洞可能由成百上千个小型黑洞汇集而成。也可能是大型气体云坍塌并迅速吸积质量形成。第三种可能是一整个星团的坍塌，一群恒星压缩成了一个超重黑洞。

2.如何观测黑洞

黑洞的质量极其巨大，但其体积却很小，这意味着它们周围会产生极端强大的引力。几乎没有任何东西能从它们身上逃脱，即使是光线也会被黑洞困住。

既然连光都无法逃离黑洞，那么又如何来对黑洞进行观测？科学家们无法用观测其他天体的方式来“看到”它们，而是要通过灰尘和气体被吸入黑洞的过程中产生的辐射来进行判断。

黑洞喷射X射线。

比如，位于双星系统中的黑洞，来自另一方星球的气团会不断流入黑洞，骤然激起高温，这时产生的X射线闪光等会发亮，这样人类就可以间接地发现黑洞存在了。而对于位于星系的中心超重黑洞来说，由于它们位于星系中心，可能会被周围厚厚的气体和尘埃笼罩，从而阻碍射线的喷射。

天鹅座X-1（简称Cyg X-1）是一个银河系内位于天鹅座的双星系统，是著名的X射线源。它在1964年的一次火箭弹道飞行时被发现，是从地球观测到的最强的X射线源之一：其顶峰X射线通量为2.3×10?23 Wm?2Hz?1。天鹅座X-1是最先被广泛承认为黑洞的候选星体，也是同类星体中最受关注的。

这张天鹅座X-1的X射线照片由高能复层式可见光天文望远镜（HERO）经气球升空拍摄。

3.黑洞的构成

黑洞主要由奇点和事件视界构成。

艺术家笔下的黑洞。

奇点其实就是空间中的一个点，该点几乎聚集了黑洞的所有质量。而事件视界则是黑洞的边界。事件视界以外的观察者无法利用任何物理方法获得事件视界以内的任何事件的信息，也无法受到事件视界以内的事件的影响。事件视界是造成黑洞之所以被称为黑洞的根本原因，是黑洞的最外层边界，在此边界内连光都无法逃脱。 2012年7月，天文学家在距地球超过50亿光年远的地方发现编号为3C 279的类星体，其内包含了一个质量高达十亿倍太阳质量的黑洞，这成为首个“事件视界”被观测存在的直接证据。

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