笔者 东邪
如果说哪一种天体是宇宙中最特殊、最神秘的天体，很多人的答案应该是黑洞。虽然这种天体的名字我们在新闻媒体、社交平台上听过不少次，但它对于人类来说还是保持着相当高的神秘感，因为目前人类能够探测到黑洞存在的方法很有限，对黑洞的探测和研究很大程度上都是基于科学理论，因此未来人类在探索黑洞方面还有很长的路要走。
尽管人类掌握黑洞的信息并不多，但随着科学家发现黑洞的一些特殊现象，逐渐掌握一些观测黑洞的方法。比如在2017年4月的时候，一个国际科学组织首次公布了黑洞的图片。据了解，这些图片的主角是来自M87星云的黑洞，科学家经过两年的数据处理才让公众看到黑洞的真实面貌。
实际上早在2007年的时候，有欧洲科学家在人造卫星的帮助下探测到黑洞发出的持续性辐射。经研究该辐射持续了1小时左右，而且信号频谱具有周期性振荡的特点，科学家将它比喻成黑洞的“心跳”。那么黑洞的“心跳”是怎么形成的？它的发现对于研究黑洞来说有何帮助？
黑洞是如何形成的？
黑洞这个概念最早是由上世纪著名物理学家爱因斯坦、施瓦西等人联合提出来的，但由于缺乏探测设备和技术，再加上当时天体物理理论的发展出现了瓶颈，因此黑洞一直是一种猜想。70年代之后，越来越多科学家对黑洞的研究促成了黑洞理论体系的建成，让世人逐渐弄清楚黑洞的起源和发展脉络。
黑洞的起源要先从恒星的起源开始讲起，因为黑洞就是由恒星演化而来的。上百亿年前宇宙中的原恒星星云分别形成小质量恒星和大质量恒星，前者经过演化变成红巨星，最后的终点是白矮星。后者由于质量超级巨大，中期演化成红超巨星，然后通过超新星爆发演化成中子星或黑洞。
简而言之，黑洞是由大质量恒星发生坍塌后形成的。任何恒星的起始阶段都只含有氢元素的粒子，然后这些粒子无时无刻不在极高温、极高压的环境下相互碰撞，最后产生了核聚变反应。所谓的核聚变反应，指的是两个氢原子结合成一个氦原子的过程。不仅仅是氢原子可以参与反应，反应生成的粒子还可以继续参与反应，因此形成了核聚变的链式反应。
核聚变在进行过程中会释放出超强的能量，这些能量与恒星的万有引力相互抗衡，以维持恒星的结构稳定。但随着生成的元素越来越重，核聚变释放的能量越来越少，当核聚变进行到生成铁元素时，恒星内部就不再具有足够的能量来抗衡自身的万有引力，这时候就会引发恒星坍缩。对于小质量恒星来说，坍缩的结果就是中子星。对于大质量恒星来说，坍缩的结果可能是黑洞。
黑洞的“心跳声”是怎么发出的?
科学家第一次发现黑洞的“心跳声”是在2007年，当时在欧洲宇航局的“XMM-牛顿”卫星的帮助下，他们发现了一个黑洞持续一小时发出了X射线辐射。这种情况在以往的黑洞观测中是从未出现过的，因此科学家们密切关注该信号的情况。后来通过对X射线辐射进行频谱分析，他们发现该信号最明显的特点就是周期震荡。
最后因为探测路径被太阳挡住了，信号也就中断了。原本欧洲的科学家认为这次发现可能是史上的唯一一次，但没想到11年后他们再次在XMM-牛顿卫星、雨燕卫星、核光谱望远镜阵列的帮助下再次发现了该黑洞的周期震荡信号，而且信号的频谱幅度更高了。科学家将黑洞的这种特殊信号比喻成它的“心跳”，那么这种“心跳”是怎么产生的呢？
对此科学家表示，他们是通过监测黑洞的吸积盘发现了黑洞的周期性震荡信号，因此他们推测信号的形成与吸积盘有关。在2017年首次拍摄到的黑洞照片中，人们看到的黑洞类似一个“甜甜圈”，而甜甜圈能看到的部分就是黑洞的吸积盘。由此可知，吸积盘是一种圆盘状结构，它是外界物质被黑洞吸引后形成的。
目前科学家已经在同一个黑洞中发现了两次周期性震荡信号，这说明黑洞也能像其他天体一样释放出一些特殊信号，这些信号的本质就是宇宙辐射。科学家表示，通过对黑洞的“心跳”进行深入研究，有望获得与黑洞相关的关键信息，例如物质尺度和结构等。
科学家如何判断黑洞的存在？
经过数十年的研究，科学界已经总结出了几种判断黑洞存在与否的方法。第一种方法，观察宇宙中的光线传播是否会出现弯曲现象。爱因斯坦曾在广义相对论中就预言了黑洞的一个特性，即大质量天体会产生强大的引力场，导致周围时空发生严重弯曲，使得经过该区域的光线发生弯曲。黑洞就是这样一种大质量黑洞，它的时空弯曲形成引力镜效应，导致原本直线传播的光线发生弯曲传播。
第二种方法，观测宇宙中是否有天体围绕不可见的天体运动。一般情况下，天文学家在宇宙中都会观测到两颗或多颗恒星做相互围绕的运动，这是因为它们之间的引力起到平衡作用。但也有一些恒星系统只存在一颗恒星，它的引力吸引行星围绕着它运动，而它自己又围绕着星系的中心运动，星系中心往往是一片黑暗，那里很可能就存在一个超大质量黑洞。
第三种方法，通过捕捉宇宙中的X射线，由此判断是否存在黑洞。这一方法是基于黑洞“贪吃”的特性，恒星等物质被黑洞吞噬时，会被它巨强的引力撕扯成气体，这些气体在黑洞视界外围形成吸积盘，最终逐渐被黑洞吸进去。在未被黑洞吸进去之前，气体在吸积盘里面做高速旋转的运动，导致气体摩擦产生大量热量，使吸积盘的中心区域温度足够高，以促使X射线的产生。
第四种方法，通过“听”的方式来发现黑洞，最关键的问题是发现引力波。引力波也是上世纪爱因斯坦预言的一种宇宙现象，它指的是两个黑洞的合并会产生类似涟漪的痕迹。之所以说引力波像涟漪，是因为它产生后就像水面的涟漪一样向四周扩散。2015年9月14日，人类首次探测到引力波的存在，证实了爱因斯坦的猜想。
那一次通过对引力波的研究，科学家发现它是两个遥远黑洞合并后产生的电磁波辐射。引力波的发现帮助人类叩开了研究黑洞的另一扇大门，从那之后引力波的探测就变成了科学家研究双黑洞的重要方式。有科学家认为，未来使用更高精度的手段去探测引力波，将有助于人类研究黑洞内部的物质分布。
太阳系周围可能出现黑洞吗？
黑洞是宇宙中最可怕的天体，它形成后无声无息地将周围的物质都吞噬掉，许多恒星都“死”得不明不白。在意识到黑洞的可怕后，科学家想知道太阳系周围是否存在黑洞，或者说未来是否有可能会被黑洞吞噬。首先，太阳系附近出现黑洞的可能性只有一个，即大质量恒星演化到晚期后发生引力坍缩，从而形成黑洞。
根据科学家长时间的探测发现，太阳系周围一百光年内都不存在这样的恒星，因此我们不用过于担心。如果真的要说宇宙中对太阳系的威胁的话，那么在距离太阳系大约640光年的猎户座里确实有一颗正处于红超巨星状态的恒星，它就是“参宿四”。根据天文学家近几年来的观测，参宿四的体积在不断缩小，密度在不断增大，这是红超巨星即将发生超新星爆发的征兆。
有科学家认为参宿四随时都有可能爆发，而有些科学家的观点则比较保守，认为它将是几千年内人类所观测到的最亮的超新星。那么参宿四经过超新星爆发后会变成黑洞吗？科学家表示它演变成中子星或黑洞的概率相等。六百光年的距离对人类来说非常遥远，但如果参宿四变成了黑洞后迅速扩张，这段距离对它来说并不是问题。
如果太阳系周围出现黑洞，人类该怎么办？
虽然现阶段我们并不用担心这个问题，但是这种充满脑洞的问题还是值得讨论一番。如果太阳系周围出现黑洞，人类要么坐以待毙，要么全力一搏发展出能逃离太阳系的技术。不少科幻作品中都提出了逃离太阳系的方法，抛开它们的科学性不谈，有些方法还是值得研究的，至少为科学家的研究提供了方向或思路。
例如《流浪星球》里的故事，人类为了逃离膨胀的太阳，给地球装上行星发动机，推动地球远离太阳，你认为这种场景有可能实现吗？评论区里见！
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