黑洞
| “ | 没有人能跑得掉 | ” |
 第一张黑洞照片 | |
| 基本资料 | |
| 用语名称 | 黑洞 |
|---|---|
| 相关条目 | 宇宙空间 |
黑洞（black hole）顾名思义就是黑黑的洞是一类质量很大，体积很小，密度很大的天体。又名灰洞。
定义
由一个只允许外部物质和辐射进入而不允许物质和辐射从中逃离的边界即
简介
| “ | ” | |
| ——《 | ||
黑洞一般是大质量恒星在生命末期因自身重力坍缩而成（原初黑洞除外）。
理论上，只要假设一个物体以光速进行圆周运动，其速度即便达到光速所产生的离心力也不足以脱离天体就会形成黑洞，那么根据万有引力公式（F=GMm/R^2）以及动能定律（E=1/2mv^2）就可以得到势能为（万有引力乘半径）GMmh/R，当动能与势能相同时才能脱离天体表面，即1/2mv^2=GMm/R，化简后v^2=2GM/R，由于默认了v=c，其结果就是R=2GM/c^2，这个结果就是史瓦西半径。因此，理论上只要把一个物体压缩到它的史瓦西半径以下，这个物体就会变成黑洞，准确的说史瓦西黑洞（也叫寻常黑洞）。
但根据万有引力定律推算出来的黑洞其实并不准确，因为大质量会使得时空扭曲，如果黑洞天体有着一定的自旋角动量它就会拉扯着周围的时空一起旋转，并且对其内部的时空也有影响。
在黑洞的命名问题上，由于假定的黑洞的逃逸速度要超过光速，所以就连光本身都无法离开，但是在广义相对论中世界上没有东西可以比光还快，所以不可能有存在从黑洞中逃逸的物质。因为没有光子能够从黑洞反射到眼睛里，所以黑洞比地球上任何黑色都要黑，类似于物理学上的“黑体”，因而得名“黑洞”。“黑洞”这一名词，可考情况下最早于1967年12月29日由美国物理学家
然而现在我们又知道并不是没有任何东西能从黑洞逃离的，在1974年史蒂芬·霍金提出了黑洞辐射这一概念。由于在真空中会瞬间凭空产生许多的正反粒子对，然后湮灭把能量又还给真空，就像无事发生一样，但是当这一过程发生在黑洞视界上时，就会有其中一个粒子掉入黑洞，而另一个粒子就会被往反方向喷射到无穷远（有点类似把拉长了的皮筋剪断的感觉），而这一动能则必须由黑洞的质量提供。
黑洞不会主动掠夺伴星的物质，而是被伴星喂大，而且是慢嚼细咽，伴星提供的物质并不会直接掉进黑洞，而是先在黑洞外围形成吸积盘，再慢慢从吸积盘掉进黑洞如果你靠近黑洞，会被拉成面条状，最后崩解成原子。因为速度不一样所以会产生摩擦，让吸积盘上的物质转速变慢，最后掉进黑洞里。因为摩擦而产生高温，所以会发出强烈的X射线和伽玛射线穿透力和破坏力能秒杀人体组织。
另外，理论上也并非只有大质量恒星通过引力坍缩才能形成黑洞，也有名为“原生黑洞”的猜想。原生黑洞是指宇宙大爆炸时因为大爆炸的瞬间产生的极其强的力量，将一些物质极限压缩，达到了黑洞的形成条件，从外部被强行挤压成为了黑洞。但原生黑洞目前并没有被实际发现，而是只存在于理论中，很有可能它们中的大部分已经在漫长的时光中被蒸发殆尽了。
因为黑洞的概念太怪异了，所以当它被提出时很多科学家并不认为宇宙中真的存在黑洞，包括【现代物理学之父】爱因斯坦。
双星系统天鹅座X-1是人类于1971年最早观测到的黑洞。曾经，物理学家史蒂芬·霍金与基普·索恩打赌，霍金认为天鹅座X-1不是黑洞。但是1990年的时候霍金让步并投降认输，因为观测证据显示在天鹅座X-1中存在有引力奇点。
2019年4月10日，事件视界望远镜项目的科学家发表了对M87星系中心黑洞进行观测得到的影像，这是人类首次对黑洞进行直接观测。
2020年，诺贝尔物理学奖授予黑洞相关研究人员。
2021年，EHT公布了最新的一張黑洞照片，該照片的主角是M87星雲不是那個奧特曼系列和光之國等所在的M78星雲，於2017年4月攝得，該黑洞外圍有宇宙塵埃包圍，是首次發現黑洞亦有陰影的證據。
类型
按形成机制
- 恒星坍缩黑洞：由大质量恒星通过超新星爆炸后塌缩形成，通常是恒星质量黑洞。
- 黑洞合并黑洞：由多个较小的黑洞通过引力相互吸引并合并形成，通常形成中等质量黑洞或超大质量黑洞。
- 原初黑洞：在宇宙大爆炸后不久，在高密度区域形成的黑洞，假设质量范围广泛。
按物理特性
根据美国物理学家
1. 不旋转不带电黑洞（施瓦西黑洞）；
2. 不旋转带电黑洞（赖斯纳-诺德斯特罗姆黑洞）；
3. 旋转不带电黑洞（克尔黑洞）；
4. 旋转带电黑洞（克尔-纽曼黑洞）。
这种分类反映了黑洞的几何和物理特性。例如，对于施瓦西黑洞，它是最简单的黑洞，仅由质量决定，没有角动量和电荷；对于赖斯纳-诺德斯特罗姆黑洞，电荷的引入会改变其附近的电磁场结构；对于克尔黑洞，旋转会导致时空拖拽效应；对于克尔-纽曼黑洞，它是最复杂的黑洞，结合了旋转和带电的性质。
| 是否带电\是否旋转 | 不旋转 | 旋转 |
|---|---|---|
| 不带电 | ||
| 带电 |
极端与事件视界崩溃情况：
角动量与电荷的具体限制公式为：J²/M²+Q²≤M²，因此角动量与电荷均不能过大，否则会导致极端特性。
如果继续增加则会导致角质比或荷质比失衡，使黑洞内事件视界与外事件视界重合，从而导致事件视界崩溃，出现裸奇点或裸奇环。
进行笛卡尔乘积后会有以下情况发生（原本不存在对应角动量与电荷的情况则不作考虑）。
| 黑洞类型\极端特性与事件视界崩溃 | 角动量增加 | 角质比失衡 | 电荷增加 | 荷质比失衡 |
|---|---|---|---|---|
| （无角动量） | （无角动量） | （无电荷） | （无电荷） | |
| （无角动量） | （无角动量） | |||
| （无电荷） | （无电荷） | |||
| 黑洞类型 | 接近极端状态的表现 | 达到极端状态的后果 | 现实可能性 |
|---|---|---|---|
| 施瓦西黑洞 | 无法接近极端状态（无角动量与电荷） | 不适用 | 仅存在于理论模型中 |
| 克尔黑洞 |
|
裸奇环（违反宇宙监督假设） | 常见（如星系中心黑洞） |
| 赖斯内尔-诺德斯特洛姆黑洞 |
|
裸奇点（违反宇宙监督假设） | 理论模型（电荷易被中和） |
| 克尔-纽曼黑洞 |
|
裸奇环（违反宇宙监督假设） | 仅数学解（电荷难以长期维持） |
※施瓦西黑洞、赖斯内尔-诺德斯特洛姆黑洞仅存在于理论上。因为在实际情况中，由于引力收缩和角动量守恒的作用，所有天体都会产生一定的自转，因此完全静止的天体是不存在的。此外，自转是黑洞获得角动量的根本来源，这类“无角动量黑洞”只能作为数学解存在。
※赖斯内尔-诺德斯特洛姆黑洞、克尔-纽曼黑洞仅存在于理论上。因为在实际情况中，黑洞会吸收周围环境中的带电粒子（正负电荷），并最终达到电中性状态。即使在特殊环境中形成了初始带电黑洞，净电荷也会迅速被中和。因此，带电黑洞实际上不可能长期存在。
※根据英国数学物理学家、哲学家
※在质量、角动量、电荷三者中，由于实际观测中的黑洞通常是电中性的，仅存在质量和角动量两个参数。天体物理学中使用归一化的无量纲自旋参数（a/M）来量化角动量。自旋参数的绝对值范围为0到1——0表示理论上的施瓦西黑洞（完全不旋转），1表示理论上的极端克尔黑洞（角动量达到上限，事件视界收缩到极限），此外，自旋参数的正负号表示黑洞的自旋方向与其吸积盘旋转方向的相对关系：同向为正，反向为负。自旋参数是研究黑洞吸积盘动力学、相对论性喷流和引力波信号的重要量。
※ 根据观测和模拟结果，目前已知宇宙中的黑洞几乎均为克尔黑洞[1]或接近极端克尔黑洞 [2]。因此，除克尔黑洞和极端克尔黑洞以外的其他黑洞类型，目前仅存在于数学模型或理论解中。
按质量
- 恒星质量黑洞（stellar-mass black hole，sMBH）：质量范围为3-100倍太阳质量，形成于大质量恒星的坍缩。
- 中等质量黑洞（intermediate-mass black hole，IMBH）：假设质量范围为100-10^5倍太阳质量，可能形成于恒星团或原初黑洞。
- 超大质量黑洞（supermassive black hole，SMBH）：质量范围为10^6-10^10倍太阳质量，通常位于星系中心。
- 特大质量黑洞（ultramassive black hole，UMBH）：理论上质量大于10^10倍太阳质量，目前仅有少数观测候选者。
- 绝超质量黑洞（hypermassive black hole，HMBH）：理论上假设的质量大于10^11倍太阳质量的黑洞类型。
按事件视界形态
- 普通黑洞：具有单一的事件视界。
- 双事件视界黑洞：例如理论上存在的极端克尔黑洞，可以拥有双事件视界，但这种情况尚未在观测中被发现。
按吸积盘活动
- 活跃黑洞：通常位于星系中心或双星系统中，伴随有强烈的吸积盘活动及辐射。
- 非活跃黑洞：如孤立黑洞，周围没有显著的吸积物质，吸积盘活动较弱。
按引力波信号
- 引力波黑洞：通过引力波信号（如双黑洞合并事件）直接观测到的黑洞，通常是通过双黑洞合并形成的。
- 非引力波黑洞：无法通过引力波直接观测到的黑洞，通常是由于观测技术限制或环境因素使其不产生显著的引力波。
按黑洞的衰退过程
- 蒸发黑洞：根据霍金辐射理论，黑洞会随着时间的推移逐渐蒸发，特别是对于小质量黑洞（如原初黑洞）。
- 稳定黑洞：通常是质量较大的黑洞，因其较长的寿命和稳定的存在，在宇宙时间尺度内不容易蒸发。
按理论模型
- 量子黑洞：考虑到量子效应可能对黑洞的结构和性质产生影响的模型，特别是在极小尺度上。
- 弦理论黑洞：基于弦理论的黑洞模型，可能具有不同的结构和性质。
- 环量子引力黑洞：基于环量子引力理论的黑洞模型，旨在解决量子引力问题。
按黑洞所处环境
- 孤立黑洞：不与其他天体有显著互动的黑洞，通常位于星系中较远的区域。
- 双星系统黑洞：与恒星组成双星系统的黑洞，或与其他黑洞组成的双黑洞系统。
- 星团黑洞：位于星团中心的黑洞，通常与其他天体或黑洞相互作用。
娘化形象
- 主条目：黑洞娘
相关作品
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- 关于能够操纵黑洞及相似物质的能力者，详见黑洞能力。
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