自然科普 天文畅谈   黑洞  中国自古就有关于宇宙探索的思考，就像《道德经》中所说：“道生一，一生二，二生三、三生万物。”这是中国古代先贤的认知。而随着科技的发展、人类知识水平的扩大，宇宙的真相渐渐浮出水面，人们也对黑洞也有了一定的认识。 那么何为黑洞呢  黑洞（英文：Black hole）是现代广义相对论中，存在于宇宙空间的一种天体。黑洞的引力极其强大，使得视界内的逃逸速度大于光速。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”。但长久以来，黑洞都是一种概念上的存在，直到爱因斯坦和广义相对论的提出，科学界才可以从数学上刻画黑洞的特征。究其本质，黑洞是一片时空异常弯曲的区域。 黑洞的发现历程  上世纪70年代初，一个很强的X射线源在天鹅座被发现，被命名为天鹅座X-1。随着时间推移，1972年春，天鹅座X-1被认为是一颗恒星，编号为HDE226868（为射电源）很快就证实它是一个周期约为5.6天的双星系统。根据狭义相对论，任何东西的传播速度都无法超过光速。因此，在光从其一端到达另一端所需的时间内，一个天体不能改变它的光度。对天鹅座X-1的分析显示，如果天体放射的光度变化在时间上短至千分之一秒，该天体则只有几千公里宽。所以，证据表明其中一个恒星是致密星。最后，天文学家利用双星系统确定了致密星的质量，发现它大于临界质量，极有可能是一个黑洞。这是宇宙中第一个被发现的黑洞。在2017年，美国科学家发现了一个有史以来最遥远的超大质量黑洞，其质量是太阳的8亿倍。这是什么概念呢？要知道目前为止，人类发现宇宙最大的恒星——r136a1，其质量也只是太阳的265-315倍，这足以说明黑洞质量足够大！要知道，大约1000颗恒星里只有一颗在消亡后才能成为黑洞，这看起来恒星成为黑洞的概率很小，但放观整个宇宙，黑洞可能不计其数。也就有了在宇宙中存在着n多个黑洞的这种说法。 目前为止，已经发现的黑洞类型  黑洞在宇宙中是普遍存在的，根据他们质量的不同，至少存在两种类型黑洞---恒星级黑洞和超大质量黑洞。 恒星级黑洞：其质量在太阳质量的几倍到100倍之间，但真实质量并未被证实。恒星级黑洞是大质量恒星演化到末期的产物。当大质量恒星走到生命的尽头，核聚变停止，燃烧释放的压力无法对抗引力，恒星在引力的作用下发生坍缩，坍缩的整个过程是非常剧烈的，外层的大部分物质可能会通过超新星爆发四散到周围的环境中，如果剩余质量足够大，以至于连中子简并压都无法支撑核心的进一步坍缩，那么它的最终产物会是一个黑洞。而开头所提到的天鹅座X-1就是人类历史上发现的第一个恒星级黑洞。 超大质量黑洞：其质量介于100万倍到100亿倍太阳质量之间。它们普遍存在于星系中心。很可能是质量大约在几万倍到几十万倍太阳质量的种子黑洞通过积吸的，然而原初黑洞是第一代恒星坍缩的产物还是通过不断的并和产生，这一直是一个争论。 介于二者之间的是中等质量黑洞，质量介于100-10万倍之间。但科学家一直没有找到他们存在的直接依据。但有一种说法，我个人十分认同。即位于球状星团的中心，由恒星失控碰撞形成的大质量的恒星坍缩会导致中等质量黑洞的形成。 黑洞的自身特质 黑洞没有实体表面，距离黑洞无穷远处的时空几乎是平直的，但随着向内靠近，致密黑洞弯曲时空的效应会越发明显。他周围的一定范围内，包括光在内的任何物质一旦越过就再也无法逃逸。这层虚拟的临界界面被称为视界面。只要在视界面之外，时空就是静止的。但一旦落入视界面，情况就完全不同了。黑洞中心藏匿着一个异常的奇点，传统的物理学定律都会在此处失效，需要新的量子力学来描述奇点的状态。  此外，被吸向黑洞的星际气体最终会围绕黑洞形成一个巨大的蝶形漩涡，天文学家称之为吸积盘，吸积盘围绕黑洞高速旋转，里面的物质通过相互摩擦而被加热，随着温度升高而不断地向外辐射能量，当这些物质达到吸积盘内侧的黑洞视界（连光都有去无回的边界）时辐射尤为强烈，这些辐射会将后来的物质向外推挤，从而限制了黑洞吸积生长的速度。  最后，希望通过此篇文章让大众认识黑洞、了解黑洞。关于黑洞的知识还有很多，并没有叙说完全。本篇文章可能比较晦涩难懂，但是，只要大家肯静下心来细细阅读，打破对天文高高在上的认知，就会发现天文是很有趣的，是神奇的。如果大家对黑洞还有求知的欲望，可以查阅各类期刊杂志。本次科普就到这里，再会！  【参考文献】 【1】赵雪珊，李玉丰，苟利军. 中国国家天文[J] 2021年第15卷第4期 黑洞探秘 【2】Jenny E Greene,寻找种子黑洞，《环球科学》杂志社编[G] 1.时空曲率：是一种科学理论。在引力场中,时空的性质是由物体的”质量”分布决定的，物体“质量”的分布状况使时空性质变得不均匀,引起了时空的弯曲。当光线经过一些“大质量”的天体时,它的路线是弯曲的,沿着“大质量”物体所形成的“时空曲面"前进。 2.射电源:来自与天体的一种信号,与磁场和声波相似。 3.致密星:是白矮星、中子星、黑洞等一类致密天体的总称。均与恒星坍缩有关。 4.中子简并压:些粒子具有排他性,他们不能占据空同中的同一个位置,这种粒子间的相互律斥力,便成为简并压力。 5.吸积( accretion ):是指致密天体由引力俘获周围物质的过程。  作者：于茁 校对：于思佳 李月 排版：王靖文 监制：金明俊 审核：刘伟 点击下方文字，期待您的加入 延边大学图书志愿者协会||志愿者招募 |
