什么是黑洞，黑洞是怎么形成的？
电影《星际穿越》中的黑洞
关于提出黑洞的历史
最早提出黑洞问题的是英国地理学家约翰·米歇尔（John Michell），他在1783年提出，如果一颗天体拥有与太阳同等质量，且该天体直径只有约3千米，那么此天体表面的引力是十分巨大的，大到连宇宙最快的光子也无法逃脱其表面。
此外，法国物理学家拉普拉斯曾在1796年预言：“如果一颗天体质量约为太阳的250倍，直径和地球相当，那么这个天体表面的引力将变得非常大，连光也不能逃脱。”
直到20世纪爱因斯坦发表广义相对论后，我们对黑洞理论有了许多新的认知，如知晓了黑洞形成的必然条件，以及黑洞特有的3个物理特性等等。
美国劳伦斯利佛摩国家实验室的研究指出，中型黑洞可能可以让已经死亡的白矮星“复活”。图为一个黑洞吸入邻近蓝色恒星的物质的示意图。（图：NASA）
黑洞的概述
黑洞是一个时空的区域，它会表现出非常强烈的引力效应，以至于任何粒子和电磁辐射，例如光子，都无法从黑洞内部逃逸出来。广义相对论理论预言，足够致密的质量能够使时空弯曲，从而形成不可能逃脱的区域边界，这被称为事件视界。简单的说，这里是信息的终点，你无法将信息传达出去。
目前还没有直接观测到黑洞的证据，不过可以从黑洞周围影响的时空入手，找到黑洞的间接证据，如黑洞影响周围的恒星时，由于黑洞强大的引力，导致恒星的物质会落入黑洞中，黑洞与恒星之间会形成吸积气盘。在这一过程恒星的物质会被加热辐射出能量（X射线），从而被我们所观测到。这里需要知晓的是，目前并没有真正的发现黑洞，只是发现了类似黑洞的候选者。
X射线双星系统中的巨星-吸积盘示意图
黑洞的形成
黑洞是由临界值以上的大质量恒星“死亡”后形成的一种特殊天体，最初，一般典型的恒星，如太阳，它们是靠氢聚变维持能源的。随后氢耗尽，由于重力的压进，核心的环境变得氦开始聚变。质量更大的恒星，会向更重的元素进行核聚变，直到铁为止。根据理论，如果一颗恒星的核心质量大于等于3.2倍太阳质量时，那么再也没有什么能量（斥力）可以抵抗自身的重力了，重力便开始向中心无限的坍缩，而后便形成了“黑洞”，黑洞的中心将趋向于一个奇点。
目前形成黑洞的有2个经典的极限值，第一个是奥本海默-沃尔科夫极限（冷中子星的质量上限），该极限值接近于2.17倍太阳质量。如果一颗冷中子星超过了此极限值，那么它很有可能因强大引力而坍缩成一个黑洞。第2个就是著名的史瓦西半径，史瓦西半径是指当物体被压缩至一个临界半径值时，就会形成一个黑洞。严格的讲是一个球状对称、不自转且不带电荷的物体重力场值，一个特定质量的物体被压缩到该值时，自身的重力可以无束缚的压缩至奇点。理论上，太阳的史瓦西半径约为3千米，地球的史瓦西半径只有约9毫米。一颗大于等于3.2倍太阳质量的天体，如果压缩至它的史瓦西半径内，那么它就形成黑洞了。
互相绕着旋转的两个黑洞。最终两个黑洞将融合，产生引力波。（绘图：Alamy Stock Photo）
参考资料
1.WJ百科
2.天文学名词
3.知乎
4."Peering into the Dark Side: Magnesium Lines Establish a Massive Neutron Star in PSR J2215+5135". doi:10.3847/1538-4357/aabde6/.
5.Ruiz, M.; Shapiro, S. L.; Tsokaros, A. (2018-01-11). "GW170817, general relativistic magnetohydrodynamic simulations, and the neutron star maximum mass". Physical Review D. 97 (2). arXiv:1711.00473?Freely accessible. Bibcode:2018PhRvD..97b1501R. doi:10.1103/PhysRevD.97.021501.
6.Rezzolla, L.; Most, E. R.; Weih, L. R. (2018-01-09). "Using Gravitational-wave Observations and Quasi-universal Relations to Constrain the Maximum Mass of Neutron Stars". Astrophysical Journal. 852 (2): L25. arXiv:1711.00314?Freely accessible. Bibcode:2018ApJ...852L..25R. doi:10.3847/2041-8213/aaa401.
黑洞是什么?怎么形成的?
例如，黑洞有“隐身术”，人们无法直接观察到它，连科学家都只能对它内部结构提出各种猜想。那么，黑洞是怎么把自己隐藏起来的呢？答案就是——弯曲的空间。我们都知道，光是沿直线传播的。这是一个最基本的常识。可是根据广义相对论，空间会在引力场作用下弯曲。这时候，光虽然仍然沿任意两点间的最短...
什么是黑洞?
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黑洞说是怎样的?
黑洞是由德国数学家卡尔·史瓦西首次计算出来的，在黑洞周围任何东西无论是信号、光还是物质都无法逃逸，时空在这里成为了一个无底洞，这么一个看不到摸不到也探测不到的地方就叫黑洞。
黑洞到底是什么?黑洞是怎样形成的呢?
光线在它附近也会发生弯曲变化。的确，通过观测到的大量间接征兆可以证实它的存在，却无论如何没能直接看到它。于是一些天文学家想象的认为它是一种恒星塌缩后，质量、密度很大的暗天体，美国物理学家惠勒给它取了一个有趣的名字“黑洞”。在进入宇航时代的今天，世界各国已拥有各种先进的天文观测设备，...
黑洞里面究竟是什么?
黑洞就是中心的一个密度无限大、时空曲率无限高、热量无限高、体积无限小的奇点和周围一部分空空如也的天区，这个天区范围之内不可见。黑洞是一种引力极强的天体，就连光也不能逃脱，所以称之为黑洞。黑洞的产生过程类似于中子星的产生过程;恒星的核心在自身重量的作用下迅速地收缩，发生强力爆炸。当...
黑洞是怎么形成的?
等恒星的半径小到一特定值，天文学上叫“史瓦西半径”时，就连垂直表面发射的光都被捕获了。到这时，恒星就变成了黑洞。说它“黑”，是指它就像宇宙中的无底洞，任何物质一旦掉进去，“似乎”就再不能逃出。实际上黑洞真正是“隐形”的。那么，黑洞是怎样形成的呢？其实，跟白矮星和中子星一样，...
天文学家说的“黑洞”指的是什么?
除此之外，天文学家还观测到另一个星系M87，科学家认为一个更大的黑洞可能就在其附近，这个黑洞的质量至少是太阳的一百亿倍。许多天文学家认为，黑洞是宇宙中重要的物体。科学家推测，有一个巨大的黑洞存在于银河系中，其有500太阳那样重，难以计算的恒星被这个巨大黑洞的引力吸引，它们绕着银河系以很快...
什么是黑洞,怎么形成的?
如果旋转为零,黑洞就是完美的球形,这解就和施瓦兹席尔德解一样。如果有旋转,黑洞的赤道附近就鼓出去(正如地球或太阳由于旋转而鼓出去一样),而旋转得越快则鼓得越多。由此人们猜测,如将伊斯雷尔的结果推广到包括旋转体的情形,则任何旋转物体坍缩形成黑洞后,将最后终结于由克尔解描述的一个静态。 1970年,我在...
天文学上的黑洞到底是什么?
外射出,从而切断了恒星与外界的一切联系——“黑洞”诞生了.与别的天体相比,黑洞是显得太特殊了.例如,黑洞有“隐身术”,人们无 法直接观察到它,连科学家都只能对它内部结构提出各种猜想.那么,黑洞是怎 么把自己隐藏起来的呢?答案就是——弯曲的空间.我们都知道,光是沿直线传 播的.这是一个最基本...
黑洞是什么态?
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掌差仙乐： 简单的说,黑洞是星体的引力塌陷,也就是爆炸形成的.星体的引力塌陷后会形成一个奇点,奇点的质量很大,密度很高. 根据广义相对论,引力场将使时空弯曲.当恒星的体积很大时,它的引力场对时空几乎没什么影响,从恒星表面上某一点...
硚口区15984135896： 黑洞是怎样形成的 - ？
掌差仙乐： 黑洞是广义相对论预言的一种特殊的天体.其基本特征是有一个封闭的视界.任何东西,包括光在内,只要进入视界以内都会被吞噬掉. 黑洞的概念最早出现是1798年,当时拉普拉斯根据牛顿力学计算出,一个直径为太阳250倍而密度与地球一...
硚口区15984135896： 什么是黑洞,黑洞是怎么形成的? - ？
掌差仙乐： 黑洞也是天体,这个奇特的天体特征是:体积比中子星还小,密度比中子星还高,质量比中子星还大,引力比中子星更强.由于它自身引力坍缩,便形成一个封闭性的视界.这个“视界”就是黑洞的“势力”范围的边缘.一切外界的物质或辐射...
硚口区15984135896： 什么是黑洞?黑洞是怎样形成的? - ？
掌差仙乐： 广义相对论预言的一种特别致密的暗天体.大质量恒星在其演化末期发生塌缩,其物质特别致密,它有一个称为“视界”的封闭边界,黑洞中隐匿着巨大的引力场,因引力场特别强以至于包括光子在内的任何物质只能进去而无法逃脱.形成黑洞...
硚口区15984135896： 黑洞是什么怎么形成的? - ？
掌差仙乐： 黑洞是一个时空的黑暗区,由一些质量颇大的星体经重力塌缩后,所剩余的东西就成了黑洞.它的基本特徵是有一个封闭的视界,这视界就是黑洞的边界,一切外来的物质和辐射可以进入这视界以内,但视界内任何物质都不能从里面跑出来....
硚口区15984135896： 黑洞是什么?怎么形成的? - ？
掌差仙乐： “黑洞”很容易让人望文生义地想象成一个“大黑窟窿”,其实不然.所谓“黑洞”,就是这样一种天体:它的引力场是如此之强,就连光也不能逃脱出来. 根据广义相对论,引力场将使时空弯曲.当恒星的体积很大时,它的引力场对时空几乎...
硚口区15984135896： 关于黑洞1、什么是黑洞?它是怎样形成的?2、你对黑洞有哪些认识? - ？
掌差仙乐：[答案] 黑洞是种天体.当恒星聚变的原料氢反应殆尽的时候,它将没有力量支持本身的质量,进行坍缩.质量够大时形成黑洞,其次是中子星和白矮星.像太阳会在若干年后成为白矮星.黑洞强大的引力场会造成严重的空间扭曲,连光都无法逃逸,在光学方面我...
硚口区15984135896： 黑洞是什么呢?它是怎样形成的? - ？
掌差仙乐： 黑洞是一种引力极强的天体,就连光也不能逃脱.当恒星的史瓦西半径小到一定程度时,就连垂直表面发射的光都无法逃逸了.这时恒星就变成了黑洞.说它“黑”,是指它就像宇宙中的无底洞,任何物质一旦掉进去,“似乎”就再不能逃出.由于黑洞中的光无法逃逸,所以我们无法直接观测到黑洞.然而,可以通过测量它对周围天体的作用和影响来间接观测或推测到它的存在.黑洞引申义为无法摆脱的境遇.
硚口区15984135896： 什么是黑洞?黑洞是怎样形成的?？
掌差仙乐： 黑洞不再是个单纯的理论上的推断, 作为一种真实存在的可信度越来越高.科学家们在着手于星空中寻找黑洞的同时, 开始了对黑洞的形成机理的研究. 自古以来, 天文学家们就致力于星体的一生的研究.恒星最初是由作为星际物质浮游于宇宙中...
硚口区15984135896： 黑洞是怎样产生的? - ？
掌差仙乐： 所谓“黑洞”,就是这样一种天体:它的引力场是如此之强,连光也不能逃脱出来. 根据广义相对论,引力场将使时空弯曲.当恒星的体积很大时,它的引力场对时空几乎没什么影响,从恒星表面上某一点发的光可以朝任何方向沿直线射出....
