環(huán)球蒼蠅  

黑洞是現(xiàn)代廣義相對論中，存在于宇宙空間中的一種天體

黑洞的引力極其強(qiáng)大，使得視界內(nèi)的逃逸速度大于光速

空空如也的天區(qū)

黑洞就是中心的一個(gè)密度無限大、時(shí)空曲率無限高、體積無限小，熱量無限大的奇點(diǎn)和周圍一部分空空如也的天區(qū)

這個(gè)天區(qū)范圍之內(nèi)不可見

依據(jù)阿爾伯特-愛因斯坦的相對論，當(dāng)一顆垂死恒星崩潰，它將聚集成一點(diǎn)，這里將成為黑洞，吞噬鄰近宇宙區(qū)域的所有光線和任何物質(zhì)

故而，“黑洞是時(shí)空曲率大到光都無法從其事件視界逃脫的天體”

對于質(zhì)量大于太陽質(zhì)量3.2倍的坍縮核，由于沒有能夠?qū)挂Φ某饬Γ诵奶鷮o限進(jìn)行下去，從而形成“黑洞”

而對于超大質(zhì)量黑洞，其成因推測有二

1、由恒星黑洞逐漸吸積合并而成

2，當(dāng)星云質(zhì)量足夠大時(shí)，直接跨越主序星階段形成黑洞

超大質(zhì)量黑洞通常存在于星系核心，或許是恒星系形成的重要?jiǎng)恿?/p>

說到黑洞，直觀想到的就是下圖的樣子

然而黑洞并不是幾何形狀上塌陷的“洞”，不是虛空，而是實(shí)實(shí)在在的致密天體，但卻對人類的探測手段隱形

黑洞，有關(guān)的一些知識(shí)

黑洞的分類

超大質(zhì)量黑洞： 存在于星系中心，質(zhì)量巨大

迄今所知最大的黑洞位于星系S5 0014+81的中心，質(zhì)量約為太陽的400億倍

中介質(zhì)量黑洞：是質(zhì)量超過恒星黑洞，但遠(yuǎn)小于超大質(zhì)量黑洞的一種黑洞

恒星黑洞：大質(zhì)量恒星（約20倍太陽質(zhì)量）引力坍塌后所形成的黑洞，可以借由伽馬射線暴或超新星來發(fā)現(xiàn)它的蹤跡

已知最小質(zhì)量的黑洞大約有3.8倍太陽質(zhì)量

微型黑洞：又稱作量子黑洞或者迷你黑洞。取名量子力學(xué)黑洞的原因是在這個(gè)尺度之下，量子力學(xué)的效應(yīng)扮演非常重要的角色。微型黑洞的產(chǎn)生有可能是在大型強(qiáng)子對撞機(jī)內(nèi)就可以觀測到的重要現(xiàn)象

黑洞的形成

宇宙的演化，很大程度上就是引力的游戲

而說到黑洞，它的方方面面都有引力的影子

恒星黑洞的前身是大質(zhì)量恒星

宇宙中無時(shí)無刻不在進(jìn)行著下圖中的循環(huán)，并創(chuàng)造了宇宙中豐富的元素

星云在引力作用下逐漸向內(nèi)坍縮，引力勢能轉(zhuǎn)化成熱動(dòng)能；原料充足的情況下，能量逐漸累積點(diǎn)燃?xì)渚圩?；主序星核聚變持續(xù)億萬年（質(zhì)量越大壽命越短，質(zhì)量增大2倍，壽命減為1/750），失去了熱核反應(yīng)抵抗引力的冷恒星，再次踏上坍縮之路；不同質(zhì)量的恒星會(huì)有不同的宿命。

對于質(zhì)量大于太陽質(zhì)量3.2倍的坍縮核，由于沒有能夠?qū)挂Φ某饬Γ诵奶鷮o限進(jìn)行下去，從而形成“黑洞”

如何觀測黑洞

黑洞事件視界內(nèi)，逃逸速度超過光速，導(dǎo)致任何已知的電磁輻射都有去無回，因此，人類無法直接觀測黑洞

但是天文學(xué)家們還是有很多曲線救國的方法

吸積盤

黑洞的吸積盤由極高溫度的等離子體構(gòu)成。高溫必然會(huì)形成輻射，而吸積盤又位于視界之外，其輻射就能被探測到

根據(jù)計(jì)算分析，若中心天體為年輕的恒星或者原恒星，那么吸積盤輻射多半處于紅外區(qū)，而中子星及黑洞產(chǎn)生的吸積盤的輻射多半處于光譜的X-射線頻段

引力透鏡

黑洞通常質(zhì)量巨大，在其引力場作用下，引力透鏡效應(yīng)非常明顯

通過觀測計(jì)算可以得知黑洞所處的位置、質(zhì)量等信息

引力透鏡效果示意圖

上面動(dòng)圖是兩個(gè)黑洞合并的模擬動(dòng)畫。可以看到在巨大引力的作用下黑洞周邊天體的密度、亮度等發(fā)生了巨大變化

潮汐撕裂事件(TDE)

接近黑洞的天體，并不會(huì)被黑洞一口吞掉，而是在巨大潮汐力的作用下被撕裂（部分足夠小的天體也有被直接吞掉的可能）

雖然一顆恒星完全崩解看似無比壯觀，但這只是煙火秀的開始

恒星被撕裂后，殘骸逐漸從運(yùn)行軌道上散落

由基礎(chǔ)軌道力學(xué)可知，殘骸中大約一半物質(zhì)呈長條狀拋出黑洞周遭區(qū)域，另一半則向黑洞繞行成為吸積盤──物質(zhì)逐漸注入黑洞的漩渦構(gòu)造

當(dāng)吸積盤物質(zhì)墜入時(shí)，受重力與摩擦力推擠而加速至接近光速，并且加熱至大約25萬℃

典型的TDE會(huì)持續(xù)數(shù)星期到數(shù)個(gè)月，短暫照亮蟄伏隱形的黑洞，讓星系中每顆恒星都相形失色

超級大殺器──事件視界望遠(yuǎn)鏡

上文提到過，黑洞吸積盤的輻射主要在X-射線頻段

因此，天文學(xué)家們?yōu)榱私o黑洞拍照，建造了地球尺寸的虛擬射電望遠(yuǎn)鏡—事件視界望遠(yuǎn)鏡（EHT，Event Horizon Telescope）

關(guān)于黑洞這個(gè)神秘的天體，還有太多的未解之謎

小伙伴們共同期待天文學(xué)家們給我們帶來更多研究成果吧！

由于逃逸速度超過光速，人類無法探測到來自黑洞的電磁輻射，給人形成的無底深淵的印象

然而隨著技術(shù)的進(jìn)步，對黑洞的研究已經(jīng)取得的長足的進(jìn)步，并得到了下圖的模型

迄今最大的恒星級黑洞

2019年11月28日，國際頂尖科學(xué)期刊《自然》在線發(fā)布了我國天文學(xué)家主導(dǎo)的一項(xiàng)重大發(fā)現(xiàn)

中國科學(xué)院國家天文臺(tái)劉繼峰、張昊彤研究員領(lǐng)導(dǎo)的研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)了一顆迄今為止最大質(zhì)量的恒星級黑洞

這顆70倍太陽質(zhì)量的超大恒星級黑洞，遠(yuǎn)超理論預(yù)言的質(zhì)量上限

顛覆了人們對恒星級黑洞形成的認(rèn)知，勢必推動(dòng)恒星演化和黑洞形成理論的革新

這次發(fā)現(xiàn)的黑洞是恒星級的黑洞，質(zhì)量非常小，它的視界也非常小，相比于前一陣做過照片的超大質(zhì)量、M87黑洞，它的視界要小的多的多，我們目前的技術(shù)還沒有辦法給它拍照片。