天文|黑洞：结构、起源与如何探测它们黑洞|黑洞计算机|科学|恒星形成|科技

黑洞是宇宙中的一种天体，在它们的边界内有庞大的质量，所以黑洞具有非常强大的引力场。事实上，黑洞的引力大到进入其内部的任何东西都无法逃脱——即使光也无法逃离，它与恒星、气体和尘埃一起被困在黑洞内。大多数黑洞的质量是太阳的许多倍，而最重的黑洞的质量则是太阳的数百万倍。

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由视界望远镜捕捉到的M87中心的黑洞影像。（图源：美国国家科学基金会/盖提）
尽管黑洞的质量如此之大，但是形成黑洞核心——奇点，却从未被观测或是拍摄到。正如“奇点”这个词所表明的那样，它是空间中一个拥有巨大质量的小点。天文学家们只能通过黑洞对周围物质的影响来研究它们。黑洞周围的物质在“事件视界”区域之外形成了一个旋转的圆盘，任何东西一旦进入“事件视界” ，在黑洞引力的作用之下将无法逃离。
黑洞的结构

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计算机模拟的星系中央的超大质量黑洞。（图源：美国国家宇航局等。）
黑洞的基本构成要素是奇点——一个包含黑洞所有质量的极小的空间区域。它的周围是一个连光都无法逃脱的空间，因此得名“黑洞” 。这个区域的外部“边缘”形成了事件视界。在这个看不见的边界上，引力场的拉力等于光速，即重力和光速相平衡。
视界的位置取决于黑洞的引力。天文学家使用公式Rs= 2GM/c2.计算黑洞视界的范围。 R是奇点的半径， G是重力， M是质量， c是光速。
黑洞的类型以及形成方式
黑洞有不同的类型，它们的形成方式也各不相同。最常见的类型是恒星质量的黑洞，这些黑洞的质量大约是太阳的几倍。当大的主序恒星(其质量是太阳的10 - 15倍)耗尽它们核心中的核燃料时，将发生一场巨大的超新星爆炸，爆炸会将恒星的外层物质炸向太空，剩下部分则坍缩形成黑洞。

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艺术插画：蓝色的恒星质量级的黑洞正在从邻近的恒星吸取物质。（图源：欧洲航天局等）
另外两种类型的黑洞是超大质量黑洞和微型黑洞。单一的超大质量黑洞可以包含数百万甚至数十亿个太阳的质量。而微型黑洞，顾名思义，是非常小的，它们的质量可能只有20微克。对于这两种类型的黑洞产生的机制，我们并没有完全弄清。而且微黑洞只存在于理论中，目前尚未被我们直接探测到。
我们发现大多数星系的核心部分有超大质量黑洞的存在，它们的起源仍然存在激烈的争论。超大质量黑洞可能是小的恒星质量黑洞和其他物质合并的结果。一些天文学家认为，它们可能是在一颗巨大的恒星(质量是太阳的数百倍)坍缩时产生的。不管怎样，这些黑洞的质量都大到可以从多方面影响银河系，比如影响恒星出生率、恒星的轨道及其附近的物质。

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许多星系的中央都有超大质量的黑洞，如果它们在积极地“进食” ，它们就会释放出巨大的喷流，此时即为活动星系核。（图源：美国国家航空航天局/加州理工学院-喷气推进实验室）
另一方面，微型黑洞可能在两个高能粒子碰撞时产生。科学家们认为这种情况在地球上层的大气中持续发生，也可能在欧洲核子研究中心等地的粒子物理实验中发生。