科学|黑洞，不是塌陷的“洞”，不是虚空，是致密天体！却对人类隐形 |黑洞|

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空空如也的天区
黑洞就是中心的一个密度无限大、时空曲率无限高、体积无限小，热量无限大的奇点和周围一部分空空如也的天区

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这个天区范围之内不可见
依据阿尔伯特-爱因斯坦的相对论，当一颗垂死恒星崩溃，它将聚集成一点，这里将成为黑洞，吞噬邻近宇宙区域的所有光线和任何物质

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故而， “黑洞是时空曲率大到光都无法从其事件视界逃脱的天体”
【科学|黑洞，不是塌陷的“洞”，不是虚空，是致密天体！却对人类隐形】

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对于质量大于太阳质量3.2倍的坍缩核，由于没有能够对抗引力的斥力，核心坍塌将无限进行下去，从而形成“黑洞”
而对于超大质量黑洞，其成因推测有二
1、由恒星黑洞逐渐吸积合并而成
2 ，当星云质量足够大时，直接跨越主序星阶段形成黑洞
超大质量黑洞通常存在于星系核心，或许是恒星系形成的重要动力
说到黑洞，直观想到的就是下图的样子

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然而黑洞并不是几何形状上塌陷的“洞” ，不是虚空，而是实实在在的致密天体，但却对人类的探测手段隐形

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Credit: ESO, ESA/Hubble, M. Kornmesser/N. Bartmann
上图对黑洞模型给出了详细的说明
黑洞，有关的一些知识
黑洞的分类

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Credit: Wikipedia
超大质量黑洞：存在于星系中心，质量巨大
迄今所知最大的黑洞位于星系S5 0014+81的中心，质量约为太阳的400亿倍
中介质量黑洞：是质量超过恒星黑洞，但远小于超大质量黑洞的一种黑洞
恒星黑洞：大质量恒星（约20倍太阳质量）引力坍塌后所形成的黑洞，可以借由伽马射线暴或超新星来发现它的踪迹
已知最小质量的黑洞大约有3.8倍太阳质量
微型黑洞：又称作量子黑洞或者迷你黑洞。取名量子力学黑洞的原因是在这个尺度之下，量子力学的效应扮演非常重要的角色。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
黑洞的形成
宇宙的演化，很大程度上就是引力的游戏
而说到黑洞，它的方方面面都有引力的影子
恒星黑洞的前身是大质量恒星
宇宙中无时无刻不在进行着下图中的循环，并创造了宇宙中丰富的元素

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Credit: @jackmrhughes
星云在引力作用下逐渐向内坍缩，引力势能转化成热动能；原料充足的情况下，能量逐渐累积点燃氢聚变；主序星核聚变持续亿万年（质量越大寿命越短，质量增大2倍，寿命减为1/750），失去了热核反应抵抗引力的冷恒星，再次踏上坍缩之路；不同质量的恒星会有不同的宿命

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主序星聚变压力与引力平衡Credit: colorado.edu
对于质量大于太阳质量3.2倍的坍缩核，由于没有能够对抗引力的斥力，核心坍塌将无限进行下去，从而形成“黑洞”
如何观测黑洞
黑洞事件视界内，逃逸速度超过光速，导致任何已知的电磁辐射都有去无回，因此，人类无法直接观测黑洞
但是天文学家们还是有很多曲线救国的方法
吸积盘
黑洞的吸积盘由极高温度的等离子体构成。高温必然会形成辐射，而吸积盘又位于视界之外，其辐射就能被探测到
根据计算分析，若中心天体为年轻的恒星或者原恒星，那么吸积盘辐射多半处于红外区，而中子星及黑洞产生的吸积盘的辐射多半处于光谱的X-射线频段
引力透镜
黑洞通常质量巨大，在其引力场作用下，引力透镜效应非常明显
通过观测计算可以得知黑洞所处的位置、质量等信息

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引力透镜效果示意图
上面动图是两个黑洞合并的模拟动画。可以看到在巨大引力的作用下黑洞周边天体的密度、亮度等发生了巨大变化
潮汐撕裂事件(TDE)
接近黑洞的天体，并不会被黑洞一口吞掉，而是在巨大潮汐力的作用下被撕裂（部分足够小的天体也有被直接吞掉的可能）
虽然一颗恒星完全崩解看似无比壮观，但这只是烟火秀的开始
恒星被撕裂后，残骸逐渐从运行轨道上散落
由基础轨道力学可知，残骸中大约一半物质呈长条状抛出黑洞周遭区域，另一半则向黑洞绕行成为吸积盘──物质逐渐注入黑洞的漩涡构造
当吸积盘物质坠入时，受重力与摩擦力推挤而加速至接近光速，并且加热至大约25万℃
典型的TDE会持续数星期到数个月，短暂照亮蛰伏隐形的黑洞，让星系中每颗恒星都相形失色

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潮汐力撕裂相邻天体的效果图Credit: ESO/L. Cal?ada/M.Kornmesser
超级大杀器──事件视界望远镜
上文提到过，黑洞吸积盘的辐射主要在X-射线频段
因此，天文学家们为了给黑洞拍照，建造了地球尺寸的虚拟射电望远镜—事件视界望远镜（EHT ， Event Horizon Telescope）

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参与EHT的天文台及其所在位置。 Credit: ESO/O. Furtak

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电脑模拟的EHT可能拍到的黑洞之影。 Credit: D. Psaltis and A. Broderick.
关于黑洞这个神秘的天体，还有太多的未解之谜
小伙伴们共同期待天文学家们给我们带来更多研究成果吧！
由于逃逸速度超过光速，人类无法探测到来自黑洞的电磁辐射，给人形成的无底深渊的印象
然而随着技术的进步，对黑洞的研究已经取得的长足的进步，并得到了下图的模型

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迄今最大的恒星级黑洞

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2019年11月28日，国际顶尖科学期刊《自然》在线发布了我国天文学家主导的一项重大发现
中国科学院国家天文台刘继峰、张昊彤研究员领导的研究团队发现了一颗迄今为止最大质量的恒星级黑洞
这颗70倍太阳质量的超大恒星级黑洞，远超理论预言的质量上限分页标题
颠覆了人们对恒星级黑洞形成的认知，势必推动恒星演化和黑洞形成理论的革新
这次发现的黑洞是恒星级的黑洞，质量非常小，它的视界也非常小，相比于前一阵做过照片的超大质量、M87黑洞，它的视界要小的多的多，我们目前的技术还没有办法给它拍照片