黑洞，是太空中最为奇妙的天体之一，它的强大、神秘莫测让人着迷。现在，我们只能通过各种精密的望远镜远远窥探它的周边物质形态，我们无法确切知道黑洞内部到底是什么样的，了解这个神秘的天体，更多地需要开启强大的想象力。可是，它越是神秘，我们就越想一探究竟。接下来一段时间，请跟随笔者的文字与图片，在我们的大脑中开启一段美妙的黑洞之旅。
图片：正在吸积的黑洞，喷射出x射线
虽然人类给这个迷人的天体取名为黑洞，但它并不真的是一个空空的洞，相反，黑洞的密度极其巨大（用NASA提供的例子想象一下：把10倍于太阳质量的恒星压缩到直径为纽约市大小的球体中，这样的密度就相当于黑洞的密度），由此产生极其强大的引力，以至于哪怕是拥有299792.458km/s速度的光子，只要足够接近黑洞，都会被它毫不客气地吸进去。
尽管黑洞这个术语直到1967年才被美国普林斯顿大学的物理学家John Wheeler（约翰·惠勒）提出，但是关于宇宙中存在一种无比致密的天体，以至于光子都无法逃脱的假说却存在了几个世纪。最著名的，就是由爱因斯坦的广义相对论所预言的，当一个大质量恒星死去时，它就会留下一个非常小的、致密的残核，如果这个残核的质量大于3倍的太阳质量（一个太阳质量是1.9891*1030千克），由它产生的强大的引力则会吞噬其他一切力量，最终形成黑洞。
科学家们并不能用那些探测x射线、可见光或其他电磁辐射的望远镜直接观察黑洞，但是，他们可以通过探测黑洞对其附近其他物质的影响，推测黑洞的存在，并进行研究。例如，当黑洞经过一片星际物质时，它就会把这片星际物质吸入其内，这个过程叫做“吸积”（accretion）。同样，如果一个普通的恒星靠近一个黑洞，它也会被强大的引力拉入黑洞的深渊，最后，我们会发现一颗巨大的恒星就这样被一个小小的黑洞吃掉了。随着黑洞吸引物质的加速，其温度也急剧上升，黑洞就会向太空中喷发出大量x射线。
图片：黑洞Cygnus X-1，这幅图是用电脑绘制的，描述的是这个黑洞正在吸积旁边一颗蓝色星球的物质
近年来越来越多的天文发现提供了一些非常诱人的证据，表明黑洞会对其附近的物质产生某些戏剧性影响，例如，黑洞会放射出强大的伽马射线爆发，毁灭其附近的恒星；在有些区域，黑洞会诱发一些新恒星的生长，而在另外一些区域，黑洞可能会减缓恒星的生长。
恒星的终结意味着黑洞的开始
当一颗巨大的恒星寿命终结时，会产生超新星爆发，黑洞就是在这个时候形成的（小一些的恒星死去时会形成致密的中子星）。从理论上来说，只要一颗恒星的质量足够大（大于3倍的太阳质量就可以了），一旦进入这个死亡阶段，就没有任何力量可以阻止这颗恒星在引力的影响下持续塌缩，最终形成致密的黑洞。
恒星的碰撞甚至会产生更大的黑洞。2004年12月，美国宇航局的斯威夫特望远镜刚刚启用不久，就观测到了强大的、短暂的闪光——伽玛射线爆发。随后，钱德拉X射线天文台和NASA的哈勃太空望远镜从爆发的余晖中收集到了相关数据，天文学家们通过这些观测数据最终得出结论，这个强大的射线爆发是一个黑洞与一个中子星撞击产生的，而这个撞击则生成了一个新的黑洞。
黑洞的家族成员：婴儿、巨人和处在中间的那个亲戚
尽管黑洞的基本形成过程已经搞清楚了，但黑洞学界长期以来一直存在着一个谜团，那就是宇宙中的黑洞看起来似乎存在两个截然不同的尺度大小。
图片：恒星质量黑洞
在尺度谱上的一端，存在着数不尽的小型黑洞，它们是大质量恒星的残留物。在整个宇宙中，这些恒星黑洞的质量通常是太阳的10到24倍大。通常，科学家们通过观测黑洞对其周围物质（例如恒星、星云）吸积的过程中释放大量的x射线，对其进行定位。然而，大部分恒星黑洞在宇宙中孤立存在，是无法被人们观测到的。根据计算那些质量足够大，可以产生黑洞的恒星的数量来判断，科学家们估计仅仅在银河系中就有多达一千万到一亿个这样的恒星黑洞。
图片：特大质量黑洞，哈勃望远镜发现的超小型矮星系M60-UCD1
如果说恒星黑洞是宇宙中广泛分布的居民，那么在尺度谱上的另一端，黑洞界的巨人——特大质量黑洞，则在宇宙中处于支配地位。特大质量黑洞的质量大约是太阳的数百万甚至数亿万倍，但它的半径却和太阳差不多。
天文学家认为，特大质量黑洞存在于几乎所有的大型星系的中心区域，甚至包括银河系在内也有这样的黑洞。人们可以通过观察这些黑洞对其附近的恒星和气体的影响发现他们的踪影。这些特大质量黑洞一旦形成，就会继续大量地吸积周围的气体和尘埃，以及星系中心丰富的其他物质，于是这样的黑洞就会越来越大。
关于特大质量黑洞的形成机制，有一种说法是，特大质量黑洞是成百上千个恒星黑洞互相融合的结果。此外，还有一种假设是由巨大的气体云迅速塌缩形成。第三种说法是，在紧凑的星团中，恒星间的相互碰撞产生一系列连锁反应，形成质量极其巨大的恒星，然后这些质量极其巨大恒星塌缩，会形成数个中等质量黑洞。继而，这个星团会沉入星系中心，其中的中等质量黑洞又会相互合并，最终形成特大质量黑洞——这个假说同时引入了中等质量恒星的存在。
曾经，很多天文学家都认为并不存在中等质量的黑洞。然而，钱德拉X射线天文台、XMM-牛顿卫星和哈勃望远镜对太空的观测却为中等质量黑洞的存在提供了支撑。2014年，天文学家发现在一个螺旋星系的螺旋臂上，仿佛有一个中等质量黑洞。英国杜伦大学的Tim Roberts在一份天文学的声明中说，“天文学家们正在努力寻找中等质量黑洞的身影，”“对于它们的存在，有很多暗示，但是这些中等质量黑洞就像失散多年的亲戚一样，它们对被人类发现这件事并不感兴趣。”
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