黑洞

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基本数据

黑洞是大量质量被压缩到极小空间里的地方。结果是引力强到越过某个边界后，任何东西都无法爬出来，连光也不行。

因为没有光能逃出，黑洞本身是看不见的。我们通过观察它周围发生的事来发现黑洞：恒星绕着某个看不见的东西运行，或者气体在旋入时被加热而发光。

这一概念源自爱因斯坦的广义相对论，它把引力描述为质量对时空的弯曲。在黑洞附近，这种弯曲变得极端。

事件视界是黑洞的边缘。在它之外，运动得足够快的物体仍然可以逃离。在它之内，逃逸所需的速度会超过光速，而这是任何东西都达不到的。

它不是固体表面。一个旅行者穿过它时不会有任何特别的感觉，但从那一刻起，就再也没有回头路了。

视界的大小取决于质量。对于一个太阳质量的黑洞，它的直径只有约6千米。人马座A*的视界直径约2400万千米，比水星的轨道还小。

当一颗质量很大的恒星耗尽燃料、核心坍缩时，通常伴随着超新星爆发，就会形成恒星级黑洞。它们的质量一般是太阳的5倍到几十倍。银河系中可能有约1亿个这样的黑洞，但目前只发现了一小部分。

超大质量黑洞的质量是太阳的数百万到数十亿倍，存在于大多数大型星系的中心。它们为何能在宇宙早期就长得如此巨大，至今仍是活跃的研究课题。

天文学家也在寻找介于两者之间的中等质量黑洞，已有几个不错的候选者见诸报道。

在银河系的中心，朝人马座方向约2.7万光年处，有一个名为人马座A*（读作“A星”）的超大质量黑洞。它的质量约为太阳的400万倍。

它的存在是通过多年追踪那些在紧密轨道上绕它疾驰的恒星而得到证实的。领导这些研究的赖因哈德·根策尔和安德烈娅·盖兹因此分享了2020年诺贝尔物理学奖。

人马座A*目前相当安静。它没有吞噬多少物质，所以与其他一些星系明亮的核心相比，它只发出微弱的光。

2019年4月，事件视界望远镜合作组织发布了第一张黑洞照片：M87*，它位于梅西耶87星系的中心，距离约5500万光年，质量约为太阳的65亿倍。

事件视界望远镜不是一台天线，而是遍布全球、协同工作的射电天文台网络，使它的效果相当于一台地球大小的望远镜。

照片显示出一圈炽热气体组成的发光环，中间是一片黑暗区域，即黑洞的阴影。2022年5月，同一团队发布了人马座A*的照片。尽管它的质量约为M87*的1/1500，看起来却惊人地相似。这正是广义相对论所预言的。

爱因斯坦预言，运动的质量会在时空中激起涟漪，叫作引力波。它们传到地球时已经极其微弱。

2015年9月14日，美国的两台LIGO探测器首次捕捉到这样的信号。它来自约13亿光年外两个质量分别约为太阳29倍和36倍的黑洞，它们相互旋近并合并。这一发现获得了2017年诺贝尔物理学奖。

此后，LIGO、意大利的Virgo和日本的KAGRA已记录了数百次合并事件，使引力波成为研究黑洞的一种新方式。

误解：黑洞会把一切吸进去。其实在安全距离外，黑洞的引力和同等质量的任何天体一样。如果把太阳换成一个同等质量的黑洞，地球仍会保持原来的轨道，只是会变得非常寒冷和黑暗。

误解：黑洞是在银河系中游荡的宇宙吸尘器。已知最近的黑洞在1500多光年之外，对我们没有任何危险。

误解：黑洞是“洞”。它们其实是极其致密的物质聚集体。许多黑洞还在自转，有些会喷射出强大的粒子喷流，延伸到远远超出其宿主星系的地方。