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范文一：黑洞 及其形成过程
黑洞 及其形成过程
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。2011年12月，天文学家首次观测到黑洞?捕捉?星云的过程
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力的作用下迅速地收缩，塌陷，(质量坍塌)发生强力爆炸。当核心中所有的物质都变成中子时收缩过程立即停止，被压缩成一个密实的星体，同时也压缩了内部的空间和时间。但在黑洞情况下，由于恒星核心的质量大到使收缩过程无休止地进行下去，中子本身在挤压引力自身的吸引下被碾为粉末，剩下来的是一个密度高到难以想象的物质。由于高质量而产生的力量，使得任何
靠近黑洞的物体都会被它吸进去。黑洞开始吞噬恒
星的外壳，但黑洞并不能吞噬如此多的物质，黑洞
会释放一部分物质，射出两道纯能量——伽马射线。
也可以简单理解,通常恒星的最初只含氢元素，恒星内部的氢原子时刻相互碰撞，发生聚变。由于恒星质量很大，聚变产生的能量与恒星万有引力抗衡，以维持恒星结构的稳定。由于聚变，氢原子内部结构最终发生改变，破裂并组成新的元素——氦元素。接着，
氦原子也参与聚变，改变结构，生成锂元素。如此类推，按照元素周期表的顺序，会依次有铍元素、硼元素、碳元素、氮元素等生成。直至铁元素生成，该恒星便会坍塌。这是由于铁元素相当稳定不能参与聚变，而铁元素存在于恒星内部，导致恒星内部不具有足够的能量与质量巨大的恒星的万有引力抗衡，从而引发恒星坍塌，最终形成黑洞。说它?黑?，是指它就像宇宙中的无底洞，任何物质一旦掉进去，就再不能逃出。跟白矮星和中子星一样，黑洞可能也是由质量大于太阳质量好几倍以上的恒星演化而来的。
当一颗恒星衰老时，它的热核反应已经耗尽了中心的燃料,氢,，由中心产生的能量已经不多了。这样，它再也没有足够的力量来承担起外壳巨大的重量。所以在外壳的重压之下，核心开始坍缩，物质将不可阻挡地向着中心点进军，直到最后形成体积无限小、密度无限大的星体。而当它的半径一旦收缩到一定程度,一定小于史瓦西半径,，质量导致的时空扭曲就使得即使光也无法向外射出——?黑洞?诞生了。
编辑本段表现形式
恒星的时空扭曲改变了光线的路径，使之和原先没有恒星情况下的路径不一样。光在恒星表面附近稍微向内
偏折，在日食时观察远处恒星发出的光线，可
以看到这种偏折现象。当该恒星向内坍塌时，
其质量导致的时空扭曲变得很强，光线向内偏
折得也更强，从而使得光线从恒星逃逸变得更为困难。对于在远处的观察者而言，光线变得更黯淡更红。最后，当这恒星收缩到某一临界半径,史瓦西半径,时，其质量导致的时空扭曲变得如此之强，
使得光向内偏折得这么也如此之强，以至于光线再也逃逸不出去 。这样，如果光都逃逸不出来，其他东西更不可能逃逸，都会被拉回去。也就是说，存在一个事件的集合或时空区域，光或任何东西都不可能从该区域逃逸而到达远处的观察者，这样的区域称作黑洞。将其边界称作事件视界，它和刚好不能从黑洞
逃逸的光线的轨迹相重合。与别的天体相比，
黑洞十分特殊。人们无法直接观察到它，科学
家也只能对它内部结构提出各种猜想。而使得
黑洞把自己隐藏起来的的原因即是弯曲的时空。
根据广义相对论，时空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光程传播，但相对而言它已弯曲。在经过大密度的天体时，时空会弯曲，光也就偏离了原来的方向。
在地球上，由于引力场作用很小，时空的扭曲是微乎其微的。而在黑洞周围，时空的这种变形非常大。这样，即使是被黑洞挡着的恒星发出的光，虽然有一部分会落入黑洞中消失，可另一部分光线会通过弯曲的空间中绕过黑洞而到达地球。观察到黑洞背面的星空，就像黑洞不存在一样，这就是黑洞的隐身术。
更有趣的是，有些恒星不仅是朝着地球发出的光能直接到达地球，它朝其它方向发射的光也可能被附近的黑洞的强引力折射而能到达地球。这样我们不仅能看见这颗恒星的
?脸?，还同时看到它的?侧面?、甚至?后背?，
这是宇宙中的?引力透镜?效应。
图注一,这张红外波段图像拍摄的是我们
所居住银河系的中心部位，所有银河系的恒星
都围绕银心部位可能存在的一个超大质量黑洞公转。 版权,ESO/S. Gillessen et al
北京时间1月1日消息，据美国太空网报道，一项新的研究显示，宇宙中最大质量的黑洞开始快速成长的时期可能比科学家原先的估计更早，并且现在仍在加速成长。
一个来自以色列特拉维夫大学的天文学家小组发现，宇宙中最大质量黑洞的首次快速成长期出现在宇宙年龄约为12亿年时，而非之前认为的20~40亿年。天文学家们估计宇宙目前的年龄约为137亿年。
同时，这项研究还发现宇宙中最古老、质量最大的黑洞同样具有非常快速的成长。有关这一发现的详细情况将发表在最新一期的《天体物理学报》。
1.巨型黑洞
宇宙中大部分星系，包括我们居住的银河系的中心都隐藏着一个超大质量黑洞。这些黑洞质量大小不一，从约100万个太阳质量到大约100亿个太阳质量。
天文学家们通过探测黑洞周围吸积盘发出的强烈辐射推断这些黑洞的存在。物质在受到强烈黑洞引力下落时，会在其周围形成吸积盘盘旋下降，在这一过程中势能迅速释放，将物质加热到极高的温度，从而发出强烈辐射。黑洞通过吸积方式吞噬周围物质，这可能就是它的成长方式。
这项最新的研究采用了全世界最先进的地基观测设施，包括位于美国夏威夷莫纳克亚山顶，海拔4000多米处的北双子座望远镜，
位于智利帕拉那山的南双子座望远镜，以及位于美国新墨西哥州圣阿古斯丁平原上的甚大阵射电望远镜。
2.大质量黑洞的成长
观测结果显示，出现在宇宙年龄仅为12亿年时的活跃黑洞，其质量要比稍后出现的大部分大质量黑洞质量小10倍。但是它们的成长速度非常快，因而现在它们的质量要比后者大得多。通过对这种成长速度的测算，研究人员可以估算出这些黑洞天体之前和之后的发展路径。
该研究小组发现，那些最古老的黑洞，即那些在宇宙年龄仅为数亿年时便开始进入全面成长期的黑洞，它们的质量仅为太阳的100到1000倍。研究人员认为这些黑洞的形成和演化可能和宇宙中最早的恒星有关。
天文学家们还注意到，在最初的12亿年后，这些被观测的黑洞天体的成长期仅仅持续了1亿到两亿年。
这项研究是一个已持续7年的研究计划的成果。特拉维夫大学主持的这项研究旨在追踪研究宇宙中最大质量黑洞的演化，并观察它们对宿主星系产生的影响。
3.黑洞的好处,别认为他只会是破坏者,
在用天文仪器探究后，发现在银河系核心部，有上10个黑洞，所产生的引力不堪设想，它们的能量相当大，可以产生一种能量束，产生一种气体，经数十亿年之后，便形成了星云，由星云便产生了行星。
4.已知最大的黑洞
美国加州大学伯克利分校华裔天文学家马中佩带领一个科研小
组，最近发现了科学界迄今所知最大的两个黑洞。它们分别位于NGC 3842和NGC 4889星系，属银河系的中心地带，距离地球约2.7万光年，每个质量约为太阳的100亿倍。
编辑本段演化过程
吸积
黑洞通常是因为它们聚拢周围的气体产生辐射而被发现的，这一过程被称为吸积。高温气体辐射热能的效率会严重影响吸积流的几何与动力学特性。目前观测到了辐射效率较
高的薄黑洞拉伸，撕裂并吞噬恒星盘以及辐射
效率较低的厚盘。当吸积气体接近中央黑洞时，
它们产生的辐射对黑洞的自转以及视界的存
在极为敏感。对吸积黑洞光度和光谱的分析为旋转黑洞和视界的存在提供了强有力的证据。数值模拟也显示吸积黑洞经常出现相对论喷流也部分是由黑洞的自转所驱动的。
天体物理学家用?吸积?这个词来描述物质向中央引力体或者是中央延展物质系统的流动。吸积是天体物理中最普遍的过程之一，而且也正是因为吸积才形成了我们周围许多常见的结构。在宇宙早期，当气体朝由暗物质造成的引力势阱中心流动时形成了星系。即使到了今天，恒星依然是由气体云在其自身引力作用下坍缩碎裂，进而通过吸积周围气体而形成的。行星,包括地球,也是在新形成的恒星周围通过气体和岩石的聚集而形成的。但是当中央天体是一个黑洞时，吸积就会展现出它最为壮观的一面。然而黑洞并不是什么都吸收的，它也往外边散发质子。
蒸发
由于黑洞的密度极大，根据公式我们可以
知道密度=质量/体积，为了黑洞喷射物不断
变亮让黑洞密度无限大，那就说明黑洞的体积
要无限小，然后质量要无限大，这样才能成为
黑洞。黑洞是由一些恒星?灭亡?后所形成的死星，它的质量极大，体积极小。但黑洞也有灭亡的那天，按照霍金的理论，在量子物理中，有一种名为?隧道效应?的现象，即一个粒子的场强分布虽然尽可能让能量低的地方较强，但即使在能量相当高的地方，场强仍会有分布，对于黑洞的边界来说，这就是一堵能量相当高的势垒，但粒子仍有可能出去。
毁灭
黑洞会发出耀眼的光芒，体积会缩小，甚至会爆炸。当英国物理学家史迪芬〃霍金于1974年做此预言时，整个科学界为之震动。
霍金的理论是受灵感支配的思维的飞跃，他结合了广义相对论和量子理论。他发现黑洞周围的引力场释放出能量，同时消耗黑洞的能量和质量。
假设一对粒子会在任何时刻、任何地点被创生，被创生的粒子就是正粒子与反粒子，而如果这一创生过程发生在黑洞附近的话就会有两种情况发生,两粒子湮灭、一个粒子被吸入黑洞。?一个粒子被吸入黑洞?这一情况,在黑洞附近创生的一对粒子其中一个反粒子会被吸入黑洞，而正粒子会逃逸，由于能量不能凭空创生，我们设反粒子携带负能量，正粒子携带正能量，而反粒子的所有运动过程可以视为是一个正粒子的为之相反的运动过程，如一个反粒子被吸入黑洞可视为一个正粒子从黑洞逃逸。这一情况就是一个携带着
从黑洞里来的正能量的粒子逃逸了，即黑洞的总能量少了，而爱因斯坦的公式E=mc^2表明，能量的损失会导致质量的损失。
当黑洞的质量越来越小时，它的温度会越来越高。这样，当黑洞损失质量时，它的温度和发射率增加，因而它的质量损失得更快。这种?霍金辐射?对大多数黑洞来说可以忽略不计，因为大黑洞辐射的比较慢，而小黑洞则以极高的速度辐射能量，直到黑洞的爆炸。 编辑本段分类特点
按物理性质划分
根据黑洞本身的物理特性质量，角动量，电荷划分，可以将黑洞分为四类。
不旋转不带电荷的黑洞,它的时空结构于1916年由施瓦西求出称施瓦西黑洞。
不旋转带电黑洞,称R-N黑洞。时空结构于1916至1918年由赖斯纳,Reissner,和纳自敦,Nordstrom,求出。
旋转不带电黑洞,称克尔黑洞。时空结构由克尔于1963年求出。
一般黑洞,称克尔-纽曼黑洞。时空结构于1965年由纽曼求出。
双星黑洞,与其他恒星一块形成双星的黑洞。 克尔-纽曼黑洞的特点
转动且带电荷的黑洞，叫做克尔--纽曼黑洞。这种结构的黑洞视界和无限红移面会分开，而且视界会分为两个,外视界r+和内视界r-,，无限红移面也会分裂为两个,rs+和rs-, 。外视界和无限红移面之间的区域叫做能层，有能量储存在那里。越过外无限红移面的物体仍有可能逃离黑洞，这是因为能层还不是单向膜区。
r?=M??(M^2-a^2-Q^2)
rs?=M??(M^2-a^2cos^2〃θ-Q^2)
r?=GM/c^2??[(GM/c^2)^2-(J/Mc)^2-GQ^2/c^4]
(其中，M、J、Q分别代表黑洞的总质量、总角动量和总电荷。a=J/Mc为单位质量角动量)
单向膜区内，r为时间，t是空间。穿过外视界进入单向膜区得物体，将只能向前，穿过内视界进入黑洞内部。内视界以里的区域不是单向膜区，那里有一个?奇环?，也就是时间终止的地方。物体可以在内视界内自由运动，由于奇环产生斥力，物体不会撞上奇环，不过，奇环附近有一个极为有趣的时空区，在那里存在?闭合类时线?，沿这种时空曲线运动的物体可以不断地回到自己的过去。 编辑本段物理探索
1928年，一位印度研究生——萨拉玛尼安〃钱德拉塞卡——乘船来到英国剑桥跟英国天文学家阿瑟。爱丁顿爵士,一位广义相对论家,学习。钱德拉塞卡意识到，不相容原理所能提供的排斥力有一个极限。恒星中的粒子的最大速度差被相对论限制为光速。这意味着，恒星变得足够紧致之时，由不相容原理引起的排斥力就会比引力的作用小。钱德拉塞卡计算出,一个大约为太阳质量一倍半的冷的恒星不能支持自身以抵抗自己的引力。,这质量现在称为钱德拉塞卡极限。,前苏联科学家列夫〃达维多维奇〃兰道几乎在同时也发现了类似的结论。
这对大质量恒星的最终归宿具有重大的意义。如果一颗恒星的质量比钱德拉塞卡极限小，它最后会停止收缩并终于变成一颗半径为几千英里和密度为每立方英寸几百吨的?白矮星?。白矮星是它物
质中电子之间的不相容原理排斥力所支持的。我们观察到大量这样的白矮星。第一颗被观察到的是绕着夜空中最亮的恒星——天狼星转动的那一颗。
兰道指出，对于恒星还存在另一可能的终态。其极限质量大约也为太阳质量的一倍或二倍，但是其体积甚至比白矮星还小得多。这些恒星是由中子和质子之间，而不是电子之间的不相容原理排斥力所支持。所以它们被叫做中子星。它们的半径只有10英里左右，密度为每立方英寸几亿吨。在中子星被第一次预言时，并没有任何方法去观察它。实际上，很久以后它们才被观察到。
另一方面，质量比钱德拉塞卡极限还大的恒星在耗尽其燃料时，会出现一个很大的问题,在某种情形下，它们会爆炸或抛出足够的物质，使自己的质量减少到极限之下，以避免灾难性的引力坍缩。但是很难令人相信，不管恒星有多大，这总会发生。爱丁顿为此感到震惊，他拒绝相信钱德拉塞卡的结果。爱丁顿认为，一颗恒星不可能坍缩成一点。这是大多数科学家的观点,爱因斯坦自己写了一篇论文，宣布恒星的体积不会收缩为零。其他科学家，尤其是他以前的老师、恒星结构的主要权威——爱丁顿的敌意使钱德拉塞卡抛弃了这方面的工作，转去研究诸如恒星团运动等其他天文学问题。然而，他获得1983年诺贝尔奖，至少部分原因在于他早年所做的关于冷恒星的质量极限的工作。
钱德拉塞卡指出，不相容原理不能够阻止质量大于钱德拉塞卡极限的恒星发生坍缩。但是，根据广义相对论，这样的恒星会发生什么情况呢,这个问题被一位年轻的美国人罗伯特〃奥本海默于1939年首次解决。然而，他所获得的结果表明，用当时的望远镜去
观察不会再有任何结果。以后，因第二次世界大战的干扰，奥本海默非常密切地卷入到原子弹计划中去。战后，由于大部分科学家被吸引到原子和原子核尺度的物理中去，因而引力坍缩的问题被大部分人忘记了。
1967年，剑桥的一位研究生约瑟琳〃贝
尔发现了天空发射出无线电波的规则脉冲黑
洞的物体，这对黑洞的存在的预言带来了进一
步的鼓舞。起初贝尔和她的导师安东尼〃赫维
许以为，他们可能和我们星系中的外星文明进行了接触,我的确记得在宣布他们发现的讨论会上，他们将这四个最早发现的源称为LGM1,4，LGM表示?小绿人?,?Little Green Man?,的意思。然而，最终他们和所有其他人都得到了不太浪漫的结论，这些被称为脉冲星的物体，事实上是旋转的中子星，这些中子星由于在黑洞这个概念刚被提出的时候，共有两种光理论,一种是牛顿赞成的光的微粒说,另一种是光的波动说。我们现在知道，实际上这两者都是正确的。由于量子力学的波粒二象性，光既可认为是波，也可认为是粒子。在光的波动说中，不清楚光对引力如何响应。但是如果光是由粒子组成的，人们可以预料，它们正如同炮弹、火箭和行星那样受引力的影响。起先人们以为，光粒子无限快地运动，所以引力不可能使之慢下来，但是罗麦关于光速度有限的发现表明引力对之可有重要效应。
1783年，剑桥的学监约翰〃米歇尔在这个假定的基础上，在《伦敦皇家学会哲学学报》上发表了一篇文章。他指出，一个质量足够大并足够紧致的恒星会有如此强大的引力场，以致于连光线都不能
逃逸——任何从恒星表面发出的光，还没到达远处即会被恒星的引力吸引回来。米歇尔暗示，可能存在大量这样的恒星，虽然会由于从它们那里发出的光不会到达我们这儿而使我们不能看到它们，但我们仍然可以感到它们的引力的吸引作用。这正是我们现在称为黑洞的物体。
事实上，因为光速是固定的，所以，在牛顿引力论中将光类似炮弹那样处理实在很不协调。,从地面发射上天的炮弹由于引力而减速，最后停止上升并折回地面,然而，一个光子必须以不变的速度继续向上，那么牛顿引力对于光如何发生影响呢,,直到1915年爱因斯坦提出广义相对论之前，一直没有关于引力如何影响光的协调的理论。甚至又过了很长时间，这个理论对大质量恒星的含意才被理解。
观察一个恒星坍缩并形成黑洞时，因为在相对论中没有绝对时间，所以每个观测者都有自己的时间测量。由于恒星的引力场，在恒星上某人的时间将和在远处某人的时间不同。假定在坍缩星表面有一无畏的航天员和恒星一起向内坍缩，按照他的表，每一秒钟发一信号到一个绕着该恒星转动的空间飞船上去。在他的表的某一时刻，譬如11点钟，恒星刚好收缩到它的临界半径，此时引力场强到没有任何东西可以逃逸出去，他的信号再也不能传到空间飞船了。当11点到达时，他在空间飞船中的伙伴发现，航天员发来的一串信号的时间间隔越变越长。但是这个效应在10点59分59秒之前是非常微小的。在收到10点59分58秒和10点59分59秒发出的两个信号之间，他们只需等待比一秒钟稍长一点的时间，然而他们必须为11点发出的信号等待无限长的时间。按照航天员的手表，光波
是在10点59分59秒和11点之间由恒星表面发出,从空间飞船上看，那光波被散开到无限长的时间间隔里。在空间飞船上收到这一串光波的时间间隔变得越来越长，所以恒星来的光显得越来越红、越来越淡，最后，该恒星变得如此之朦胧，以至于从空间飞船上再也看不见它，所余下的只是空间中的一个黑洞。然而，此恒星继续以同样的引力作用到空间飞船上，使飞船继续
绕着所形成的黑洞旋转。黑洞吞噬中子星
但是由于以下的问题，使得上述情景不是
完全现实的。离开恒星越远则引力越弱，所以
作用在这位无畏的航天员脚上的引力总比作用
到他头上的大。在恒星还未收缩到临界半径而形成事件视界之前，这力的差就已经将航天员拉成意大利面条那样，甚至将他撕裂,然而，在宇宙中存在质量大得多的天体，譬如星系的中心区域，它们遭受到引力坍缩而产生黑洞,一位在这样的物体上面的航天员在黑洞形成之前不会被撕开。事实上，当他到达临界半径时，不会有任何异样的感觉，甚至在通过永不回返的那一点时，都没注意到。但是，随着这区域继续坍缩，只要在几个钟头之内，作用到他头上和脚上的引力之差会变得如此之大，以至于再将其撕裂。
罗杰〃彭罗斯在1965年和1970年之间的研究指出，根据广义相对论，在黑洞中必然存在无限大密度和空间——时间曲率的奇点。这和时间开端时的大爆炸相当类似，只不过它是一个坍缩物体和航天员的时间终点而已。在此奇点，科学定律和预言将来的能力都失效了。然而，任何留在黑洞之外的观察者，将不会受到可预见性失效的影响，因为从奇点出发的不管是光还是任何其他信号都不能到
达。这令人惊奇的事实导致罗杰〃彭罗斯提出了宇宙监督猜测，它可以被意译为,?上帝憎恶裸奇点。?换言之，由引力坍缩所产生的奇点只能发生在像黑洞这样的地方，在那儿它被事件视界体面地遮住而不被外界看见。严格地讲，这是所谓弱的宇宙监督猜测,它使留在黑洞外面的观察者不致受到发生在奇点处的可预见性失效的影响，但它对那位不幸落到黑洞里的可怜的航天员却是爱莫能助。
广义相对论方程存在一些解，这些解使得我们的航天员可能看到裸奇点。他也许能避免撞到奇点上去，而穿过一个?虫洞?来到宇宙的另一区域。看来这给空间——时间内的旅行提供了巨大的可能性。但是不幸的是，所有这些解似乎都是非常不稳定的,最小的干扰，譬如一个航天员的存在就会使之改变，以至于他还没能看到此奇点，就撞上去而结束了他的时间。换言之，奇点总是发生在他的将来，而从不会在过去。强的宇宙监督猜测是说，在一个现实的解里，奇点总是或者整个存在于将来,如引力坍缩的奇点,，或者整个存在于过去,如大爆炸,。因为在接近裸奇点处可能旅行到过去，所以宇宙监督猜测的某种形式的成立是大有希望的。
事件视界，也就是空间——时间中不可逃逸区域的边界，正如同围绕着黑洞的单向膜,物体，譬如不谨慎的航天员，能通过事件视界落到黑洞里去，但是没有任何东西可以通过事件视界而逃离黑洞。,记住事件视界是企图逃离黑洞的光的空间——时间轨道，没有任何东西可以比光运动得更快。,人们可以将诗人但丁针对地狱入口所说的话恰到好处地用于事件视界,?从这儿进去的人必须抛弃一切希望。?任何东西或任何人一旦进入事件视界，就会很快地到达无限致密的区域和时间的终点。
广义相对论预言，运动的重物会导致引力波的辐射，那是以光的速度传播的空间——时间曲率的涟漪。引力波和电磁场的涟漪光波相类似，但是要探测到它则困难得多。就像光一样，它带走了发射它们的物体的能量。因为任何运动中的能量都会被引力波的辐射所带走，所以可以预料，一个大质量物体的系统最终会趋向于一种不变的状态。,这和扔一块软木到水中的情况相当类似，起先翻上翻下折腾了好一阵，但是当涟漪将其能量带走，就使它最终平静下来。,例如，绕着太阳公转的地球即产生引力波。其能量损失的效应将改变地球的轨道，使之逐渐越来越接近太阳，最后撞到太阳上，以这种方式归于最终不变的状态。在地球和太阳的情形下能量损失率非常小——大约只能点燃一个小电热器， 这意味着要用大约1千亿亿亿年地球才会和太阳相撞，没有必要立即去为之担忧,地球轨道改变的过程极其缓慢，以至于根本观测不到。但几年以前，在称为PSR1913+16,PSR表示?脉冲星?，一种特别的发射出无线电波规则脉冲的中子星,的系统中观测到这一效应。此系统包含两个互相围绕着运动的中子星，由于引力波辐射，它们的能量损失，使之相互以螺旋线轨道靠近。
在恒星引力坍缩形成黑洞时，运动会更快得多，这样能量被带走的速率就高得多。所以不用太长的时间就会达到不变的状态。人们会以为它将依赖于形成黑洞的恒星的所有的复杂特征——不仅仅它的质量和转动速度，而且恒星不同部分的不同密度以及恒星内气体的复杂运动。如果黑洞就像坍缩形成它们的原先物体那样变化多端，一般来讲，对之作任何预言都将是非常困难的。
然而，加拿大科学家外奈〃伊斯雷尔在1967年使黑洞研究发
生了彻底的改变。他指出，根据广义相对论，非旋转的黑洞必须是非常简单、完美的球形,其大小只依赖于它们的质量，并且任何两个这样的同质量的黑洞必须是等同的。事实上，它们可以用爱因斯坦的特解来描述，这个解是在广义相对论发现后不久的1917年卡尔〃施瓦兹席尔德找到的。一开始，许多人,其中包括伊斯雷尔自己,认为，既然黑洞必须是完美的球形，一个黑洞只能由一个完美球形物体坍缩而形成。所以，任何实际的恒星从来都不是完美的球形只会坍缩形成一个裸奇点。
然而，对于伊斯雷尔的结果，一些人，特别是罗杰〃彭罗斯和约翰〃惠勒提倡一种不同的解释。他们论证道，牵涉恒星坍缩的快速运动表明，其释放出来的引力波使之越来越近于球形，到它终于静态时，就变成准确的球形。按照这种观点，任何非旋转恒星，不管其形状和内部结构如何复杂，在引力坍缩之后都将终结于一个完美的球形黑洞，其大小只依赖于它的质量。这种观点得到进一步的计算支持，并且很快就为大家所接受。
伊斯雷尔的结果只处理了由非旋转物体形成的黑洞。1963年，新西兰人罗伊〃克尔找到了广义相对论方程的描述旋转黑洞的一族解。这些?克尔?黑洞以恒常速度旋转，其大小与形状只依赖于它们的质量和旋转的速度。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。
黑洞是科学史上极为罕见的情形之一，在没有任何观测到的证据证明其理论是正确的情形下，作为数学的模型被发展到非常详尽的地步。的确，这经常是反对黑洞的主要论据,怎么能相信一个其依据只是基于令人怀疑的广义相对论的计算的对象呢,然而，1963年，加利福尼亚的帕罗玛天文台的天文学家马丁〃施密特测量了在称为3C273,即是剑桥射电源编目第三类的273号,射电源方向的一个黯淡的类星体的红移。他发现引力场不可能引起这么大的红移——如果它是引力红移，这类星体必须具有如此大的质量，并离地球如此之近，以至于会干扰太阳系中的行星轨道。这暗示此红移是由宇宙的膨胀引起的，进而表明此物体离地球非常远。由于在这么远的距离还能被观察到，它必须非常亮，也就是必须辐射出大量的能量。人们会想到，产生这么大量能量的唯一机制看来不仅仅是一个恒星，而是一个星系的整个中心区域的引力坍缩。人们还发现了许多其他类星体，它们都有很大的红移。但是它们都离开地球太远了，所以对之进行观察太困难，以至于不能。
编辑本段专家研究
黑洞等离子体
德国在实验室制造出黑洞等离子体
德国马克斯普朗克核物理研究所和赫尔姆霍茨柏林中心的研究人员使用柏林同步加速器,BESSY ?,在实验室成功产生了黑洞周边的等离子体。通过该研究，之前只能在太空由人造卫星执行的天文物理实验，也可以在地面进行，诸多天文物理学难题有望得到解决。 黑洞的重力很大，会吸附一切物质。进入黑洞后，任何东西都不可能从黑洞的边界之内逃逸出来。随着被吸入的物体的温度不
断升高，会产生核与电子分离的高温等离子体。
黑洞吸附物质会产生X射线，X射线反过来又会刺激其中的大量化学元素发射出具有独特线条,颜色,的X射线。分析这些线条可以帮助科学家了解更多有关黑洞附近等离子体的密度、速度和组成成分等信息。
在这个过程中，铁起了非常关键的作用。尽管铁在宇宙中的储量并不如更轻的氢和氦丰富，但是，它能够更好地吸收和重新发射出X射线，发射出的光子因此也比其他更轻的原子发射出的光子具有更高的能量、更短的波长,使得其具有不同的颜色,。
铁发射出的X射线在穿过黑洞周围的介质时也会被吸收。在这个所谓的光离化过程中，铁原子通常会经历几次电离，其包含的26个电子中有超过一半会被去除，最终产生带电离子，带电离子聚集成为等离子体。而现在，研究人员在实验室中重现了这个过程。
实验的核心是马克斯普朗克核物理研究所设计的电子束离子阱。在这个离子阱中，铁原子经由一束强烈的电子束加热，从而被离子化14次。实验过程如下,一团铁离子,仅仅几厘米长并且像头发丝一样薄,在磁场和电场的作用下被悬停在一个超高真空内，同步加速器发射出的X射线的光子能量被一台精确性超高的?单色仪?挑选出来，作为一束很薄但却集中的光束施加到铁离子上。
实验室测量到的光谱线与钱德拉X射线天文台和牛顿X射线多镜望远镜所观测的结果相匹配。也就是说，研究人员在地面实验室人为制造出了太空中的黑洞等离子体。
这种新奇的方法将带电离子的离子阱和同步加速器辐射源结合在一起，让人们可以更好地了解黑洞周围的等离子体或者活跃的星
系核。研究人员希望，将EBIT分光检查镜和更清晰的第三代,2009年开始在德国汉堡运行的同步辐射源PETRA?,、第四代,X射线自由电子激光XFEL,X射线源结合，将能够给该研究领域带来更多新鲜活力。
美国制成?人造黑洞?
2005年3月18日英国《卫报》报道，美国布朗大学物理教授‘霍拉蒂〃纳斯塔西’在地球上制造出了第一个?人造黑洞?。美国纽约布鲁克海文实验室七年前建造了当时全球最大的粒子加速器，将金离子以接近光速对撞而制造出高密度物质。虽然这个黑洞体积很小，却具备真正黑洞的许多特点。纳斯塔西介绍说，纽约布鲁克海文国家实验室里的相对重离子碰撞机，可以以接近光速的速度把大型原子的核子,如金原子核子,相互碰撞，产生相当于太阳表面温度3亿倍的热能。纳斯塔西在纽约布鲁克海文国家实验室里利用原子撞击原理制造出来的灼热火球，具备天体黑洞的显著特性。比如,火球可以将周围10倍于自身质量的粒子吸收，这比目前所有量力物理学所推测的火球可吸收的粒子数目还要多。
人造黑洞的设想最初由加拿大?不列颠哥伦比亚大学?的威廉〃昂鲁教授在20世纪80年代提出，他认为声波在流体中的表现与光在黑洞中的表现非常相似，如果使流体的速度超过声速，那么事实上就已经在该流体中建立了一个人造黑洞。然而，利昂哈特博士打算制造的人造黑洞由于缺乏足够的引力，除了光线外，它们无法像真正的黑洞那样?吞下周围的所有东西?。然而，纳斯塔西教授制造的人造黑洞已经可以吸收某些其他物质。因此，这被认为是黑
洞研究领域的重大突破。
欧洲?人造黑洞?
2008年9月10日，随着第一束质子束流贯穿整个对撞机，欧洲大型强子对撞机正式启动。曾有人担心建于欧洲日内瓦的世界最大‘大型强子对撞机’会制造出黑洞吞噬地球生物,新闻报道，印度一女孩曾因为担心欧洲大型强子对撞机会制出黑洞毁灭地球而自杀,。尽管欧洲的科学家一再解释这个不会对地球造成威胁，但大型强子对撞机就相当于一个‘人造黑洞’制造机器。
欧洲大型强子对撞机是现在世界上最大、能量最高的粒子加速器，是一种将质子加速对撞的高能物理设备，它位于瑞士日内瓦近郊欧洲核子研究组织CERN的粒子加速器与对撞机，作为国际高能物理学研究之用。系统第一负责人是英国著名物理学家‘林恩〃埃文斯’，大型强子对撞机最早就是由他设想出来并主导制造的。埃文斯博士是英国威尔士一位矿工的孩子，当他还是孩子时就表示要做惊天动地的事情。果然没有失言，他终于负责打造出了令世界瞩目的世界最强大的机器――大型强子对撞机，为此他被外界称为?埃文斯原子能?。
当比我们的太阳更大的特定恒星在生命最后阶段发生爆炸时，自然界就会形成黑洞。它们将大量物质浓缩在非常小的空间内。假设在大型强子对撞机内的质子相撞产生粒子的过程中，形成了微小黑洞，每个质子拥有的能量可跟一只飞行中的蚊子相当。天文学上的黑洞比大型强子对撞机能产生的任何东西的质量更重。据爱因斯坦的相对论描述的重力性质，大型强子对撞机内不可能产生微小黑洞。然而一些纯理论预言大型强子对撞机能产生这种粒子产品。所
有这些理论都预测大型强子对撞机产生的此类粒子会立刻分解。因此它产生的黑洞将没时间浓缩物质，产生肉眼可见的结果。
中国科学家造出第一个?人造电磁黑洞?
它有着?黑洞?之名，虽然尺寸?迷你?，但任何经过的电磁波或光，都不可能逃离它的引力。2009年10月15 日，《科学》杂志宣布，世界上第一个?可吸收电磁波的微波人造黑洞?在中国东南大学实验室里诞生。
不过，这个小型?黑洞?不仅不会毁灭世界，还能帮助人们更好地吸收太阳能。
在宇宙中，黑洞吞噬万物，甚至包括光。人们乐意议论这种天体，因为它神秘、?性情?怪异,它身处宇宙最幽暗的地方，没有人能直接观测到它，而靠近它的任何物质，都会被无情地拖曳到它的深渊里，小行星、星尘、光波、时间，无一例外。
人们对黑洞这种天体感到好奇，但绝不会希望有任何一个黑洞接近自己，或我们的星球。然而现在却有一些科学家在自己的实验室里造出了一个?迷你小型?黑洞。
2009年10 月15 日的《科学》杂志在介绍这种?人造黑洞?时建议，人们可以把这种?黑洞?装进自己的大衣口袋里。
制造出?人造黑洞?的是中国东南大学的一个研究组，崔铁军教授和程强教授是其中最主要的两位研究者。
?实际上，我们做的黑洞不是严格意义上的黑洞。?在接受《外滩画报》采访时，程强教授对记者说。
实验室里的?人工黑洞?，目的当然不是为了将一个吞噬一切的?恶魔?装进口袋。据程强介绍，现在存在于东南大学毫米波国家
实验室的?人造黑洞?，实际上是一个模拟装臵，这种模拟装臵目前可以吸收微波频段的电磁波，在未来，它还可以吸收光。
但是除此之外，它并不能吸收任何实质的东西。?它只吸收电磁波，不吸收能量。?程强对记者说。崔铁军,左一,、程强在?人造电磁黑洞?实验装臵前(东南大学资料图 丛 婕摄)
这是一个不具有危险性的?黑洞?，不仅如此，这种装臵还能在未来用于收集太阳能。在这方面，?人造黑洞?将比世界上任何一种太阳能电池板都更高效。
一些物理爱好者甚至为这种全新的装臵设计了一些新功能，比如将它装臵在航天器中的太阳帆上，或者用来吸收空气中游散的电磁波——因为手机和无线网络的普及，这种看不见的电磁波据说侵害了我们的健康，成为一种新的污染。
不过，制造?黑洞?的研究者却从来不想那么多，现在崔铁军和程强正在继续的，是如何把实验室里的装臵变成样机，?实现工程化?。
面对关于?人造黑洞?的各式各样的议论，程强认为， ?成果公布以后，被许多国际媒体转载和评论，确实也大大出乎我们意料。从我们个人角度而言，只觉得这是一个比较有意义的工作。
实验室里的?黑洞?
?我觉得很惊奇，崔和程这么快就做出了‘人造黑洞’,?看到这个研究成果后，纳瑞马诺维说。
伊维根〃纳瑞马诺维(Evgenii Narimanov) 是美国印第安纳州西拉斐特市普渡大学的一名教授。
今年年初，他和合作者亚历山大〃基尔迪谢维(Alexander
Kildishev) 一起，发表论文，提出了一种制造小型?黑洞?的理论和设计方案。
他们的想法是通过模拟黑洞的一些性质，使在?人造黑洞?附近出现的放射性物质被吸引，然后螺旋式地进入?黑洞?中心。
?我们的确是受到他的论文的启发，但研究本身是我们独立完成的。?程强对记者说。
之所以能这么快将之变成现实，是因为他们所在的实验室也一直从事着这方面的研究，在理论和实验两方面都积累了很多年的经验，实验过程中也用到了很多他们自己的独创性想法。
不过虽然名为?黑洞?，他们受纳瑞马诺维启发而造的?黑洞?，和真正存在于宇宙中的黑洞还是有大差别的，这种差别并不仅仅体现在质量的大小上。两种?黑洞?的原理其实并不一样。
宇宙间的黑洞之所以能吞噬一切，是因为它质量巨大，而实验室里的?黑洞?，实际上是根据光波在被吸进宇宙黑洞时的性质，模拟出来的仪器，可以令光波接近时产生相似的扭曲，并被吸引。
也就是说，两种?黑洞?可以让附近的光波出现相似的?结局?，但是光波遇到的却并不是同一回事。
不过目前东南大学实验室里的?黑洞?，还只是适用于某些微波频率，比如人们常用的通信频率， 如GSM、CDMA 和蓝牙等，吸引光波还有待进一步研究，因为光波的频率更短，需要设计的?人造黑洞?尺寸也要更小些。
超强吸波装臵
这样的?人造黑洞?，在未来可以用于发电。
?当电磁波遇到这台仪器，就会立刻被捕获，并且立刻被引入
到仪器里，一直被吸进黑洞中心。没有电磁波可以逃离这个黑洞。?崔铁军向《科学美国人》杂志描述?人造黑洞?时说。在他们的仪器中，被吸入的电磁波在中心位臵转化为热能。
根据《科学》杂志介绍，?人工黑洞?是一个直径22 厘米的装臵。它有60 个同轴环，外层由40 个同心环组成。
通过特别设计，研究组令同心环的从外到内的介电常数发生连续变化，而不同的介电常数，则能让电磁波的方向发生相应改变。
程强把这台仪器描述成?一个超强吸波装臵?。可以这样联想，一台?人造黑洞?仿佛一台吸力强大的?吸尘器?，只要它所在的地方有电磁存在，那些电磁波或光波就会源源不断地被它收入囊中，不受任何其他外界条件的限制。
用于获取能源，这样一个超强吸波装臵仿佛正在打开一座看不见却内容丰厚的?宝藏?，用它来吸收太阳能，不仅可以在任何天气里正常工作，甚至将之放入黑暗的宇宙里，它也能收集到同样多的电磁波或光波，并将之转化为热能。
崔铁军，生于1965年9月。1987.1989和1993年分别在西安电子科技大学获学硕士及博士学位，后留校从事教学与科研工作。1993年11月破格提升为副教授。1995年至1997年在德国卡尔斯鲁厄大学作为洪堡学者进行合作研究。1997年至1999年，在美国作博士后研究。2001年10月被聘为东南大学无线电工程系教授、博士生导师、教育部?长江学者?特聘教授。现为东南大学毫米波国家重点实验室副主任、东南大学目标特性与识别研究所所长。
程强，1979年10月生。1997考入南京航空航天大学电子工程系攻读本硕。2004年考入东南大学信息科学与工程学院电磁场与微
波技术专业攻读博士学位，师从崔铁军教授。 2008年6月博士毕业留校，半年后就因出科研成就破格提前享受教授资格。 白洞
科学家们提出设想，既然宇宙中有黑洞，那么一定存在?白洞?。黑洞可以用强大的吸力把任何物体都吸进去，而白洞可以把这些东西都吐出来。科学家们设想，黑洞与白洞是连在一起的，黑洞把物质吸进去，物质在里面会经过一个叫做奇异点的东西，然后物质就到达了白洞的?管辖范围?，会被白洞?吐?出来。然后物质就到达了另一个宇宙,第一平行宇宙到达,。但是，如果白洞存在，所有的物体将会以极快的速度离开。不仅如此，无论什么东西都有两面性，黑洞和白洞一个能吸一个能吐，而在第二平行宇宙中的物质则通过白洞来到宇宙所以第一平行宇宙间的物质才不会全都消失。这在在理论上是成立的。
编辑本段黑洞之最
最小
最小的黑洞仅是太阳质量的3.8倍，其直径为24公里，仅比纽约曼哈顿岛大一些。尽管这个被称为?XTE J1650-500?的黑洞算是小个头，但它却是极具破坏性的?引擎?。它与其它黑洞一样，从伴星那里偷取气体，使自己升温，基于XTE J1650-500黑洞的质量，它释放X射线的强度呈周期性变化。天文学家通过观测这种微小的变化，能够测量这颗黑洞的质量。
最快
黑洞并不仅仅是在宇宙空间吞噬气体，如果形成黑洞的恒星处于快速旋转，那么这个黑洞也会持续旋转。相比静止状态的黑洞，旋转黑洞能够更好地控制环绕其周围的宇宙物质盘。
这个快速旋转的黑洞叫做GRS 1915+105，大约每秒旋转1000次。这几乎是黑洞旋转的最快速度，这一速度是快速旋转恒星崩溃之前测定的。 超大
所谓?超大质量黑洞?是指质量超过太阳100万倍以上的黑洞。如果星系中心的超大质量黑洞不再是?无色的?
存在超大质量黑洞，那么在它周围的物质亦应
当像绕太阳旋转的行星那样，遵循?开普勒行
星运动三定律?，哈勃太空望远镜就在
NGC4261.室女座M84星系、室女座M87星系等星系中心发现了高速旋转的气体，而且发现银河系中心有几颗恒星按照轨道环绕中心的速度是其他恒星的上千倍，能使恒星飞速旋转必须有极大的引力，而只可能是超大质量黑洞有这样的能力。
根据开普勒定律，气体的旋转速度应与其围绕天体的质量的平方根成正比，与旋转半径的平方根成反比。如果能够确定旋转速度和半径，就能求出哪个天体的质量，NGC4261旋转半径为300光年以内，质量约为太阳质量的20亿倍,M84星系旋转半径为30光年以内，质量约为太阳质量的3亿倍,M87星系旋转半径为15光年以内，质量约为太阳质量的30亿倍。10亿倍太阳质量的黑洞的半径大约为10天文单位，也就是1光年的一万分之一。所以，哈勃太空望远镜的观测结果与黑洞的半径相比较，还没有把握住黑洞的外侧。
1995年，有关科学家与美国史密森尼安天文台合作，使用超长基线电波干涉仪群观测猎犬NGC4258星系的中心区域，发现在NGC4258星系中心仅0.3光年的区域内，就存在相当太阳质量
3600万倍的质量，而且获得了迄今为止最精确的旋转速度。由此，星系中心存在超大质量黑洞的可能几乎转瞬间便具有了可能性。同年，科学家们进行了对确认超大质量黑洞具有决定意义的观测，证据是通过日本的X射线天文卫星观测得到的，观测对象是名为?MCG-6-30-15?的一个活跃星系。观测结果表明，来自这个星系中心的X射线发生了?引力红移?，这是非黑洞无法解释的。
所谓?引力红移?是在强引力作用下，时间似乎变慢的可用广义相对论解释的现象，在这种现象中光波长变长。这个现象被确认其意义就相当于直接观测到黑洞。科学家从此得到了超大质量黑洞存在的强有力的证据，任何星系都存在巨大黑洞。
黑洞不是?无色的? 周围可能围绕着光环
据麻省理工学院《技术评论》(Technology Review)杂志报道，天文学家认为，星系中心的超大质量黑洞不再是?无色的?，其周围可能围绕着光环。
据报道，天文学家利用甚长基线干涉测量法，已经在黑洞成像技术方面取得了长足进步。人们普遍认为，在不远的将来，还会开发出更加先进的观测方法。
根据理论预测，黑洞周围的光环，由黑洞吸引和束缚的光子组成。这个光环并没有穿透?事件穹界?，仅仅位于?事件穹界?的外围。事件穹界，即黑洞周围让物质有去无回的边界，在边界以外观测不到边界以内的任何事件。光环的直径可能比其围绕的黑洞直径大几倍，利用未来的成像技术可能可以看到它们。现在天文学家最急切希望的是，利用甚长基线干涉测量法等手段，可直接测量黑洞的质量。
天文学家认为，他们将很快会直接观测到黑洞，并且能够观测到这些光环。广义相对论有一个著名的黑洞 ?无毛发定理? (No-Hair Theorem)， 它表明稳定黑洞的内部性质被其质量、 电荷及角动量三个宏观参数所完全表示。阿里桑那大学专家蒂姆〃约翰森,Tim Johannsen,和迪米特里奥斯〃帕萨提斯, Dimitrios Psaltis,指出，位于星系中心的黑洞是验证?无毛发定理?的最合适的对象。 最年轻
2010年11月16日凌晨1点30分，美国
宇航局宣称，科学家通过美国宇航黑洞局钱德
拉X射线望远镜在距地球5000万光年处发现
了仅诞生30年的黑洞。
领导这项研究的美国哈佛〃史密森天体物
理学研究中心的丹尼尔〃帕特诺德,Daniel Patnaude,说,?如果我们的解释是正确的，这将是迄今为止观测到的距离地球最近的新生黑洞,?
这个最新发现的年仅30岁婴儿黑洞是超新星SN 1979C的残骸物质，该超新星位于M100星系，大约距离地球5000万光年。基于1995年至2007年的观测数据，科学家推断这个年轻黑洞的成长是超新星SN 1979C或者一个双星系统提供?营养成份?。
超新星SN 1979C首次被观测是1979年，由一位业余天文学家发现。科学家认为SN 1979C是由一颗质量是太阳20多倍的恒星坍塌后形成的。之前在遥远宇宙区域发现的新黑洞是在伽马射线暴,GRBs,中发现的，然而SN 1979C截然不同，这是由于它非常接近地球，属于超新星类型，不可能与伽马射线暴有关。科学家基于
该理论预测宇宙中存在着更多的黑洞，它们形成于恒星内核崩溃、未产生伽马射线暴的时期。
这个婴儿黑洞的30岁年龄与近期理论研究相一致。2005年，一项理论研究报告显示，超新星SN 1979C的明亮光线的能量来源于一个黑洞的喷射流，该黑洞喷射流不能穿透恒星的氢气包裹层形成伽马射线暴。这项研究结果与SN 1979C的观测结果十分相符。
无毛定理
1972年，美国普林斯顿大学青年研究生贝肯斯坦提出黑洞?无毛定理?,星体坍缩成黑洞后，只剩下质量，角动量，电荷三个基本守恒量继续起作用。其他一切因素,?毛发?,都在进入黑洞后消失了。这一定理后来由霍金等四人严格证明。
编辑本段掉进黑洞
观察一个恒星坍缩并形成黑洞时，因为在
相对论中没有绝对时进入黑洞间，所以每个观
测者都有自己的时间测量。由于恒星的引力场，
在恒星上某人的时间将和在远处某人的时间
不同。假定在坍缩星表面有一无畏的航天员和
恒星一起向内坍缩，按照他的表，每一秒钟发一信号到一个绕着该恒星转动的空间飞船上去。在他的表的某一时刻，譬如11点钟，恒星刚好收缩到它的临界半径，此时引力场强到没有任何东西可以逃逸出去，他的信号再也不能传到空间飞船了。当11点到达时，他在空间飞船中的伙伴发现，航天员发来的一串信号的时间间隔越变越长。但是这个效应在10点59分59秒之前是非常微小的。在收到10点59分58秒和10点59分59秒发出的两个信号之间，他们只
需等待比一秒钟稍长一点的时间，然而他们必须为11点发出的信号等待无限长的时间。按照航天员的手表，光波是在10点59分59秒和11点之间由恒星表面发出,从空间飞船上看，那光波被散开到无限长的时间间隔里。在空间飞船上收到这一串光波的时间间隔变得越来越长，所以恒星来的光显得越来越红、越来越淡，最后，该恒星变得如此之朦胧，以至于从空间飞船上再也看不见它，所余下的只是空间中的一个黑洞。然而，此恒星继续以同样的引力作用到空间飞船上，使飞船继续绕着所形成的黑洞旋转。
但是由于以下的问题，使得上述情景不是完全现实的。离开恒星越远则引力越弱，所以作用在这位无畏的航天员脚上的引力总比作用到他头上的大。在恒星还未收缩到临界半径而形成事件视界之前，这力的差就已经将航天员拉成意大利面条那样，甚至将他撕裂,然而，在宇宙中存在质量大得多的天体，譬如星系的中心区域，它们遭受到引力坍缩而产生黑洞,一位在这样的物体上面的航天员在黑洞形成之前不会被撕开。事实上，当他到达临界半径时，不会有任何异样的感觉，甚至在通过永不回返的那一点时，都没注意到。但是，随着这区域继续坍缩，只要在几个钟头之内，作用到他头上和脚上的引力之差会变得如此之大，以至于再将其撕裂。
另一个看法,时间换空间,,在外面飞船上看来，航天员进入视界的这一秒被无限延长，同时这临界事件视界范围很有限，但在航天员自己看来，他的这一秒是正常流逝的瞬间，在再下一秒，他的时间流逝早已超越外面飞船无限的未来，空间已不是外面飞船所能观察到的了，所以，航天员不但不会被拉成面条，而是到达一个新的宇宙空间,可能是一样在膨胀的,，无论这个空间是否是虫洞,
编辑本段黑洞炸弹
2001年1月，英国圣安德鲁大学著名理论物理科学家乌尔夫〃利昂哈特宣布他和其他英国科研人员将在实验室中制造出一个黑洞，当时没有人对此感到惊讶。然而俄《真理报》日前披露俄罗斯科学家的预言,黑洞不仅可以在实验室中制造出来，而且50年后，具有巨大能量的?黑洞炸弹?将使如黑洞炸弹构
想图今人类谈虎色变的?原子弹?也相形见绌。
人造黑洞的设想由威廉〃昂鲁教授提出，
他认为声波在流体中的表现与光在黑洞中的
表现非常相似，如果使流体的速度超过音速，
那么事实上就已经在该流体中建立了一个人造黑洞现象。但利昂哈特博士打算制造的人造黑洞由于缺乏足够的引力，除了光线外，无法像真正的黑洞那样?吞下周围的所有东西?。
俄罗斯科学家亚力克山大〃特罗菲蒙科认为，能吞噬万物的真正宇宙黑洞也完全可以通过实验室?制造出来?,一个原子核大小的黑洞，它的能量将超过一家核工厂。如果人类有一天真的制造出黑洞炸弹，那么一颗黑洞炸弹爆炸后产生的能量，将相当于数颗原子弹同时爆炸，它至少可以造成10亿人死亡。?
编辑本段吞噬恒星天文学家近日抓拍到黑洞吞
噬恒星的过程
2011年8月，天文学家首次抓拍到黑洞吞
噬恒星的过程，这被认为是目前宇宙最神秘、
最震撼的情景。照片中的黑洞仿佛魔鬼一般，
一颗接近它的恒星瞬间被撕碎变成发光等离子体后消失无形。据报
道，照片中的黑洞距地球40亿光年。
据悉，大部分星系都有一个超大质量黑洞，这些黑洞质量大小不一，质量从相当于100万个到100亿个太阳的质量不等。而黑洞每隔一亿年才会吞噬一颗恒星，因此科学家认为，这个黑洞比预计的质量更大。[4]
编辑本段捕捉星云
2011年12月，一个国际研究小组利用欧洲南方天文台的?甚大望远镜?，星云正接近银河中央黑洞发现一
个星云正在靠近位于银河系中央的黑洞并将
被其吞噬。
这是天文学家首次观测到黑洞?捕捉?星云的过程。观测显示，这个星云的质量约是地球的3倍，它的位臵近年来逐渐靠近?人马座A星?黑洞。这个黑洞的质量约是太阳的400万倍，是距离我们最近的大型黑洞。研究人员分析认为，到2013年，这个星云将离黑洞非常近，有可能被黑洞逐渐吞噬。
范文二：【doc】星系内黑洞形成过程的熵演化
星系内黑洞形成过程的熵演化 第37卷第1期西南师范大学(自然科学版)
Vo1.37No.1JournalofSouthwestChinaNormalUniversity(NaturalScienceEdition)
2012年1月
Jan.2012
文章编号:1000—5471(2012)01—0020—07
星系内黑洞形成过程的熵演化
邓昭镜,陈华林
1.西南大学物理科学与技术学院,重庆400715;2.重庆第十二中特级教师 摘要:将星系中黑洞的形成过程分为两个阶段:第一个阶段是有序化的"整肃"阶段,第二个阶段是无序化的"撞
击"阶段.从热力学角度和引力场论,量子辐射的角度详细地分析了这两个阶段中星系系统熵(黑洞广义熵)的演
化,得出星系中黑洞的形成过程是一个熵减少过程的结论.
关键词:整肃过程;撞击辐射过程;温度;熵
中图分类号:P145.8文献标志码:A
1问题的提出
2O世纪7O,80年代,引力一黑洞学术界围绕熵及其演化问题产生了一次大争论,争论的一方是以Bek—
enstein为主的学派,另一方则是以Hawking为主的学派.Bekenstein将黑洞类比于黑体,提出:如果将黑
洞的视界面积类比成黑洞的熵,又将黑洞视界面上的引力加速度类比成黑洞的温度,这样一来Hawking的
视界面积定理,就是一个典型的Clausius熵增加原理了,黑洞形成长大的过程就是一个典型的熵增加过
程u.而Hawking坚决反对这种类比,Hawking指出"……毕竟黑洞没有什么随机性,黑洞倒是随机的对
头,是简单性(单纯性)的化身,一旦黑洞处于宁静状态,它就完全"无毛"了;一切性质都只由三个数决定,
即质量,角动量和电荷.黑洞无论如何没有随机性."
Bekenstein反驳道:"假如黑洞的视界面积不是熵,假如黑洞像Hawking所说的那样没有熵(没有任何
随机性),那么黑洞就可以用来减少宇宙的熵,这样就违背热力学第二定律了.于是我们只稍将某个空问中
取来的空气分子装进一个小口袋,然后扔进黑洞就行了,当口袋落进黑洞时,这些气体分子和它们携带的
熵便从宇宙中消失了,这将违反一切自发过程必然导致熵增加的Clausius热力学第二原理."显然Beken—
stein确信Clausius熵增加原理是不能违反的,最普适的原理.随后,在1972—1976年间Hawking从量子
场论角度提出了黑洞蒸发模型,论述了黑洞就像一个具有温度的火球,它会把视界面近旁的量子气体完全
散开,使黑洞蒸发掉.这时,Hawking与Bekenstein便走到一起了.Bekenstein认为Hawking从理论上
"精确"地论证了他提出的"黑洞与黑体类比的设想",从理论上给出了视界温度表示的严格理论证明,又证
明了黑洞熵与视界面积成正比的关系;而Hawking则认为他发现了黑洞通过量子辐射被蒸发掉的理论机
制,"找到了"黑洞具有温度的"根据".然而他们哪里知道Hawking的黑洞蒸发理论会对他们的"黑洞热力
学"带来更大的困难.事实上Bekenstein的面积熵定理与Hawking的量子蒸发理论正好表述的是两个相反
的"自发"过程.前者是黑洞在自发形成长大过程中导致熵增加的过程;后者则是黑洞在自发蒸发消亡的过
程中导致熵增加的过程.黑洞熵在这两个相反的"自发"过程中都导致熵增加,这就表示在状态空间中孤立
星云的熵没有不可及点,因而否定了熵作为状态函数存在的理论根据.同时,更由于黑洞视界面积与黑洞
的质量平方成正比,因此通过这两个相反的导致熵增加的自发过程必将导致星系中物质创生,这更是荒
收稿日期:2011一O4一O9
作者简介:邓昭镜(1932一),男,湖北宜昌人,教授,主要从事凝聚态物理和热力学与统计物理的研究
第1期邓昭镜,等:星系内黑洞形成过程的熵演化21
谬的.由此可见,当今主流派的"黑洞热力学"在理论上已面临不可克服的基本困难,其中必须对以下几个
基本问题给出明确的结论,才能使黑洞热力学走出困境.这些基本问题是: 1)Clausius热力学第二定律是不是物质演化的最普适的规律?L4 2)Hawking的量子蒸发过程是熵增加过程,还是熵减少过程?
3)黑洞形成并自发地长大的过程是熵增过程,还是熵减少过程? 文献[4]对第1个问题作了很清晰的论述(文献E41第二章中第3,4节),明确地指出:"…本来Clau—
sius热力学并非是绝对普适的,以它为基础建立的所有热力学理论应该,且只能适用于正能态系统,不应
该适用于物质的一切运动过程,尤其不能适用于负能态系统的物质状态和演化……."[4此外,文献Es]严
格地论述了Clausius热力学第二定律可适用的最基本的条件,论证了Clausius热力学第二定律并非绝对普
适的.黑洞蒸发必然是一个熵增加过程,这个结论又与Bokenstein的面积熵定理直接对立,从而否定了熵
作为态函数的基本性质,这就导致必须正确回答第3个问题:黑洞形成过程是熵增加过程,还是熵减少
过程.
2黑洞形成中必然存在的两个基本过程
黑洞在星系中形成必然要通过两个基本过程:第一个过程是物质粒子在黑洞中心
体的引力场中被吸向
黑洞视界面的过程,这个过程我们称为"整肃"过程;第二个过程是高速粒子沿径向正面撞击黑洞视界面产
生热辐射的过程,这个过程称为"撞击辐射"过程.
2.1"整肃"过程
"整肃"过程是在黑洞中心体引力场的强制下,粒子
的引力势能和动矩作无序分布的粒子系状态,统统地被 "整肃"到沿径向射入视界的粒子系状态.这些被"整肃" 的粒子将根据粒子所具有的动能大小,和达到视界的先 后,自动地在视界面上按能级分层,形成粒子系的有序
化分布.这个过程是"无毛定理"的必然结论(图1).实
际上,所有粒子在星系中心体引力场中根据它们的动矩 的大小和方向,各自绕着中心体以似椭圆轨道绕行,绕
行中不断地调整其运行方向,直到粒子的运行方向调整 到中心体的径向时,粒子就沿径向射人视界.于是星系
中作无序动矩和无序势能分布的粒子系,在"整肃"过程 中被演化成视界面上沿径向作有序化分布的粒子系.由 此可见这里的"整肃"过程不是一个纯粹的动力学过程, 图1星云中的无序化粒子系
在"整肃"过程中被有序化
而是一个携带熵变化的不可逆的热力学过程,是将星系中处于无序分布的高熵态粒子系转变为视界面上
作有序分布的低熵态粒子系,进而使视界面积增加的熵减少过程.在这里黑洞形成导致视界面积增加的过
程是一个熵减少过程的演化信息是很清晰的.这也正是黑洞主流学派所谓的已被"丢失了的熵信息",我们
把它找了回来.
2.2"撞击辐射"过程
当粒子被黑洞吸收时,粒子将从它所获取的动量沿径向撞击视界,从而在视界附近
激发起热辐射.这
个热辐射激发过程,仅从引力场论角度看,也是必然的,事实上由于所有落入视界的粒子必须相对视界静
止,也就是说一切质量为/7/的粒子当它落入视界后它的质量都将变为m.(.是粒子相对于视界的固有质
量),于是质量差额?m——.将用于产生光量子辐射.不过有一点必须指出:这里由于粒子撞击视界的
能量一般不是很高,使得撞击一般不会产生粒子的核结构变化,因此不会产生由粒子核结构变化的辐射反
应.此外,由于Hawking的虚粒子反应产生的辐射,只是一种非零温度条件下的温度效应,这种效应
与"撞击"过程无关,也不予考虑.于是"撞击辐射"过程只是入射粒子的动能转化为热辐射能的过程,这样
的过程必然导致熵增加.
22西南师范大学(自然科学版)第37卷
"整肃"过程导致熵减少,"撞击辐射"过程导致熵增加,因此星系内形成黑洞的过程中熵的变化就是由
这两个过程所产生的熵变化之和决定.
3两个基本过程的热力学分析
3.1温度域判定
根据能态热力学第0定律J,热力学系统的
温度是内能密度函数e(r)的正相关函数,因此当
星系系统的内能密度正定时,系统的温度正定;当
星系系统的内能密度负定时,系统的温度负定.现
在,球对称强引力源星系的内能密度函数e(r)是
负定的,e(r)?0(图2).因此,球对称强引力源星
系的温度也必然是负定的,丁?0.
3.2"整肃"过程中熵的演化
根据能态热力学第一定律,球对称强引力
源星系系统的热力学第一定律为
,)ex(r)+ev(r)
.\
r
一黻/ex(r)?o——动能密度
图2球对称强引力源星云系统的能量密度函数
dE一TdS+dEW(r)一W(r2)](1)
式中:角标i表示第i球层中的量,dE是第i球层中的内能增量;T是第i球层的温度;dS是第i层的熵
增;dW(r)是第i层输入的外功;dW()是第i层中自引力作的功.为简化讨论,假定球对称强引力源系
统是孤立的,于是有
dE一0,dW(r)一0(2)
将(1)式化为
TdS一dW()一0(3)
故有
diS一(4)
注意我们现在研究的自引力强引力源系统,其温度是负定的,T?0.在这个系统中粒子在"整肃"过
程中被引力加速(直到视界),在未撞击视界之前粒子所处的球面在缩小,因此在这个加速过程中粒子的自
引力作正功,故有
dWs(r1)一,?dA一dA一(一P)?(一edA)一dA.?o(5) O不.不O不
由此得
一一一?.?
(6)式表明:球对称强引力源星系系统在自聚集的"整肃"阶段中必然导致星系的广义熵减少.
3.3"撞击辐射"过程
"撞击"过程显然也是发生在负温度域中的过程,因此,"撞击"过程中系统的温度TR—TR?0,同时
在"撞击"中粒子打击在视界面上,自引力在视界面反抗下作负功,这个负功一方面使视界附近产生热辐
射,另一方面使黑洞视界面积增加(即黑洞的固有质量M增加).实际上"撞击"过程中,视界面积沿方向
增加,固有面积增加dA==:dAe,而自引力'厂=一8~--
7r
-
e,由此,可得dW(ri)一一dA?0,即自引力作负
功,因此"撞击"过程中引起的熵变化是:
dS一一一?.?
(7)式表明星系在形成球对称黑洞时,通过"撞击"使黑洞的视界面积增加,同时又使黑洞的广义熵增加.
第1期邓昭镜,等:星系内黑洞形成过程的熵演化23
3.4"整肃"和"撞击辐射"两个过程引起的总熵变化
现将"整肃"与"撞击辐射"两个过程中的熵变化加起来,则得到星系中所引起的总熵变化:
dS一dS+dS一一+一一?O,Tg—TR(8)
IgIIRIlgI
式中:是固有质量:(8)式表明:自收缩强引力源系统通过"整肃"和"撞击辐射"形成黑洞的过程是一个
使黑洞的广义熵减少的过程.
4引力场的"整肃"过程分析.]
现在从引力场动力学角度来分析"整肃"过程,为简化计,这里只对中心对称场写出粒子在场中的运动
方程——Hamilton—Jacobi方程:
(—)().一(1,)().一().一~7/2C2一o(9)
,rgcdtrdrd
r
n,,T,
式中:rg一,是中心体质量;是作用量.根据31力场中心对称要求,在能量守恒和动矩
守恒条件
下,(,,r)应表示为:
t(t,,r)一一e.t++(r)(1O)
式中:,.是星系的总能量常数,.厂是角动量.将(10)式代入(9)式可以求出(r)函数:
一
『[d(11
对(11)式作积分变量变换
r(r一,Ig)一r'2,即:r.一r一专一吉rg()…(12) 若只取一级近似,则有:r,一r—1,
代入(11)式则有tr(r)的一级近似表示:
)一十7.)+(2m.MG+4e)一2(1一)](13) (13)式中的e表示非相对论能量.该式中头两项仅是对牛顿椭圆运动的微小修正,
意义不大,只有去项才
会出现如近日点移动之类的系统变化.注意粒子在对称场中的轨迹是由方程(rt)+
一C.nst决定
的,由此,粒子绕中心体旋转的轨道角变更为.... 一一
r(14)
当粒子旋转2不角后,?角引起的改变应表示为 ?一2不+一27r+r(15)
将(13)式代入(15)式,并求tr(r!)对,的导量,保留到()量级,则得 一
2不+一2不+(16
此式表明粒子旋转一周后,?角增量应是
一(17)
用椭圆离心率e表示时,则有
:
,e—f-1一j2]专(18)
24西南师范大学(自然科学版)第37卷
式中,a是椭圆长半轴.注意,当粒子在旋转中只受到中 心引力作用时,粒子的角动量和粒子的质量m的比值 是基本不变的量.因此,(17),(18)两式表明:粒子绕中 心体的轨道角位移将随或e增加而迅速增加.同时, 由于中心体质量增加,必然导致轨道离心率增加,使粒 子运行的椭圆轨道更加沿径向扁窄,从而更有利于粒子 沿径向射人视界.在这里,我们清楚地看到中心体引力 场是如何强制(或"整肃")粒子的运行轨道,使之必然沿 径向射入视界的历程.图3绘制了球对称引力场中粒子 运行轨道变化的示意图.
5"撞击辐射"的量子辐射过程分析[9]
在"整肃"阶段中所有入射视界的粒子都以各种不同 的动量沿径向撞击视界面.从而使粒子在"整肃"过程中 已获得的有序化动能通过"碰撞"转化为热能.这个过程 //
图3粒子的椭圆轨道在运行中逐渐扁窄,
籍此调整粒子的轨道方向,以便于
粒子沿径向射入焦点上的视界
是易于理解的,实际上每个粒子在视界强引力场作用下经过碰撞后会在视界面内
留下固有能,从而使,也
只能使粒子的有序化动能转化为无序化辐射热.显然伴随热辐射产生必然会产生
熵,这个熵也正是当今黑
洞热力学主流派所表述的黑洞的熵],对于这个熵当今黑洞热力学作了大量研究,
提出了各种模型,其结
果都是一致的.即黑洞在吸收物质的"碰撞"过程中所产生的熵?S,与黑洞视界面
积的增加成正比.
?s一等?A?0(19)
式中:?S是黑洞"撞击辐射"过程中产生的辐射熵增,?A是"撞击辐射"过程中所增加的视界面积.但是
"撞击辐射"过程是将黑洞在吸收物质过程中本应增加的全部面积中撞掉一部分,即粒子的动能所显示的面
积增加部分.因此,在"撞击辐射"过程中黑洞所*~JJn的视界面积,应当比没有"撞击辐射"过程时黑}同所增
加的面积减少了.就是说'撞击'过程中视界面A仍然是增加的AAR?0.而撞击力方向反着视界面积I厂一一
P,因此撞击力,在此过程中作负功,即:f??A?0.按照孤立系统热力学第一定律,则有
TRdSR—dW一一fdAR(20)
同时又考虑到"撞击辐射"过程发生在视界面上,是处于负温度域中的过程,故有T?0,由此可得
kS一一睾一一年dA?o(21)
(21)式表明"撞击辐射"过程是在撞击力克服不了视界面积增加趋势的情况下,来增加黑洞的广义熵的.只
要注意这一点,我们就能将当今主流学派黑洞热力学关于熵的导出结果搬用到我们的理论框架内.下面以
砖墙法为例来求解"撞击辐射"过程中熵的改变.砖墙法认为:"洞外与黑洞处于热平衡的量子辐射气体的
熵,就是黑洞的熵."..模型中考虑到"辐射场的态密度在视界面上和无穷远处分别存在红外和紫外发散,
因此特在视界附近和无穷远处分别设置两堵砖墙.实际上,为保证形成平衡量子气体,必需在视界近旁和
无穷远处分别截断红外和紫外发散,故人称此法为砖墙法".
该法首先对中心对称引力场(SW场)引人满足Klein—Gordon方程的量子场,表示如下:
径向[(r2—2MR)]+[兰l-一2r2一(z+1)]5fl(r)一0(22)
横向(s瑚)+丽1一l(1+1)Y(22)
然后对径向方程作WKB近似,并由径向方程决定平衡的量子气体所必需具有的驻波表示:
kz一(1—23//R)一[?
z(1—2MR)一
:一](23)
第1期邓昭镜,等:星系内黑洞形成过程的熵演化25
既然已在涮外和尢穹远处设立两堵砖墙,则量子气体达到平衡时就必需满驻波条件.因此要求(23)
式中的志满足下式给出的条件:
船:
I,是(r,,,?)dr,为整数(24)
式中:L是星云线度,r4-h是黑洞视界线度.由(24)式确定了平衡的正则系综的连续谱{}.有了连续谱
就可以按统计力学传统步骤,给出平衡量子气体的自由能:
一
(0
21壶lJ7一』
式中:一寿为温度参量,只稍考虑砖墙限制和?0的小质量近似,最后求得黑洞视界附近以及洞外平
衡量子气体的自由能F的具体表示:
一
c卜品,
进一步由s=可以求得黑洞视界近旁和洞外量子气体的熵.
s一+器c2++?n鲁(27,
式中:温度参量J8一,对于正能域J8?o,负能域?0;L是洞外星系内的广阔的限度,是待定系数.
(27)式第一项中的参量h是温度的函数,这里只要选取矗一(9o卢)一,就可以保证(27)式的第1项是卢的偶
次幂函,同时还可以将第一项化为黑洞熵的标准形式,即:4一丢愚eA,这时(27)式
化为
s一A+丽8~rsL3+n(L)
通过"撞击"过程,黑洞的视界面积由A增加至A,星系中洞外区域的线度由于黑洞长大而略为缩小,即
由L缩小L,因此通过"撞击"后星系的熵变为
s一1A++-
n()
于是由"未撞击"到"撞击"所引起的熵增应表示为
dSR一扣_AR+8re~L[-IL')().]+-n 式中:一(警).,一(MtR)..由于黑洞体积长大对星系内洞外体积的影响很小,致使星系内洞外的体
积线度基本上没有变化,故有L一L.(1一})一L..同时洞外气体的温度变化也很小,即一,因此
最后有
ds一{edA?o(3o)
(3O)式表明被黑洞吸引的粒子,在"撞击"的过程中必然导致熵增加. 6"整肃"与"撞击辐射''过程引起的熵的总变化
现在将"整肃"过程与"撞击辐射"过程所导致的星云的熵变化总加起来就得到黑洞形成过程中引起星
云熵的总变化,令熵的总变化为dS.
dS一dS+dSR
26西南师范大学(自然科学版)http://xbbjb.SWU.cn第37卷 dsg—S(rg)一??.(4)
dSR—s(rR)一s(一?.,T—?.(31)
于是熵的总改变dS.表示为:
dSfnt一+dS_S(_5(一一?.(32)
式中:M是粒子系的总质量,Me是它的运动质量,Mo是粒子相对于视界的固有质量,(32)式表明,星云内
形成黑洞的过程是一个熵减少过程.
总之,恒星的爆炸和黑洞的形成恰是相互伴生的两个完全相反的演化过程.如果说,恒星的爆炸是恒
星在正温度域中通过剧烈膨胀所导致的熵增加过程,那么,黑洞的形成则是恒星在负温度域中通过星体收
缩,聚集所导致的熵减少过程.星体中产生物系正温度域的物锂基础是星体内粒子动能和核反应能的宏观
反映;而形成黑洞负温度域的物理基础则是自引力场在星体中的宏观反映. 参考文献:
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TheEvolutionofEntropyintheProcess ofBlackHoleFormationinNebulae/Galaxies DENGZhao—jing
SchoolofPhysicalScienceandTechnology, Chongqing12thMiddleSchool,Chongqing, ,CHENHua—lin.
SouthwestUniversity,Chongqing400715,China
China
Abstract:Inthispaper,theprocessofblackholeformationinnebulaeisdividedintotwostages(phases),
oneiscalled"arrangementprocess"andtheotheriscalled"impactradiationprocess".Adetailedanalysis
isgivenoftheevolutionoftheentropyofnebula(orthebroad——
senseentropyofblackhole)atthetwopha—-
sesfromtherespectofthethermodynamics,thegravitationalfieldandthequantumradiation.Itisconclu—
dedthattheprocessoftheformationofanyblackholeinthenebulaisanentropy—
decreaseprocess.
Keywords:arrangementprocess;impact—radiationprocess;temperature;entropy
责任编辑潘春燕
范文三：NASA发现最年轻黑洞的形成过程(组图)
凤凰网科技讯 北京时间11月16日，据国外媒体报道，NASA刚宣布发现了地球附近最年轻的黑洞，自从距离5000万光年的一颗超新星爆炸后，科学家便利用一系列卫星监测了整个黑洞的发展形成过程。 图中显示伴星产生的气体是如何在重力的作用下以漩涡式的方式聚集。由于强烈的引力红移作用使得黑洞表面的气体看起来更红也更暗淡。当气体最终穿越过黑洞表面，它就消失不见了。由于黑洞并没有表面，所以中央区域是黑的。 底图：坍塌的中子星表面凝聚着气体。当气体接近中子星时，也由于累死的引力红移使得气体看起来更红更暗淡，然而不同的是，当气体撞击中子星的表面时，颜色就变得明亮的多。 （编译/严炎刘星）
图中显示了黑洞周围的地区，其中用一个黑色半球代表黑洞表面。
左图是描绘了当宇宙只有现在年龄的四分之一时，艺术家们对这种典型的大质量星系的印象。这颗年轻的星系的中心包含着一颗活动星系核（AGN），或者叫一种恒星状球体，这是由超大质量黑洞的快速成长而产生的发光物体。AGN的光亮由于星系中心的稠密的气体和尘埃而变得模糊。星系本身正在经历着喷发式成长，从旋臂中星系形成的亮光区域就可以看出。
这幅图生动的描绘了艺术家对于M33X-7主要组成部分的印象，M33X-7是M33星系附近的一个双星系统。在这个系统里，黑洞围绕着一个质量大概是太阳70倍的恒星旋转（图中蓝色物体）。据一颗巨星坍塌形成黑洞时的数据表明，这个黑洞质量大约是太阳的16倍，而相比之下其他星系中央的黑洞要大得多，然而这个物体却美其名曰所谓“恒星质量”黑洞的纪录创造者。
结合三幅NASA大天文台拍摄的图片拼成了这张星爆星系M82多波长的壮观景象图片。星系的可见光（黄-绿/哈勃太空望远镜）显示了这个中等大小正常星系的“原盘”表面景象。
图7是一位艺术家对恒星质量黑洞的印象。天文学家在一球状星团内部发现了这个黑洞，一般来说黑洞几乎不会在那里存在。这个发现对于星团的动力学以及一颗所谓新发现的中等质量黑洞的存在，都有重大的影响。
这张2008年发布的NGC6240的图片是由钱德拉望远镜拍摄的X射线数据（图中红色、橙色和黄色部分），结合哈勃天空望远镜拍摄的可见光图片而成的。2002年基于钱德拉的数据表明在我们星系里发现了两个正在逐渐合并的黑洞。它们大约相距3000光年远，看起来就像两个明亮的点状光源在图片中间。
来自钱德拉望远镜的数据（红、绿和蓝色区域），可见光（明亮的蓝色）以及氢气层的排放（金色区域）展示了星系NGC7793中的一颗微类星体。在顶部插图的X射线显示了这个系统包含了一颗由伴星组成的“恒星质量”黑洞。通过两个强大的气流陷入黑洞的物质被向外发射融入周围的气体并加热。底部的插图则显示了这些发射的气流照亮了星云。
这是一张距离我们星系中心大约10光年的区域的钱德拉X 射线图。这张图片被平整化了，为的是显示围绕着超级黑洞“候选人”—人马座A星（位于图片正中心较大的白点—偏左边并在最小白点上面的那颗）的一大片热气的X射线。这些热气发出稳定的X射线光，因为超新星爆炸或是年轻的大质量恒星碰撞产生的冲击波已经将它加热到数百万度的高温。
这张图片展示了两个年轻的星系合并在一起的过程。这样一个合并的过程引发了恒星形成从而迸发出巨大能量，以源源不断地为这个星系中心超大黑洞的形成提供能量的支持。
图为一张关于黑洞的钱德拉光谱图片，该光谱类似于由三棱镜折射出太阳光的多彩光谱。
这张美国国家地理的合成图片NGC4696显示了一大片热气（图中红色区域）中有些高能量气泡（图中蓝色区域）环绕，而这些宽达1万光年的气泡围绕在超级黑洞中明亮的白色区域两边。在此类相关研究中，关于其他星系的图片也显示了类似的结构。（图中的绿点的产生，是因为星团发射出的红外线辐射投射在该星系的外围上）。（编译/严炎刘星）
范文四：黑洞的形成
黑洞的形成
宇宙中的天体也与地球上的生物一样，会经历诞生、成长、衰老和死亡。究竟黑洞是什么？广义相对论预言，黑洞就是大质量恒星死亡以后的“残骸”。具体来说，黑洞是质量大于20倍太阳质量的恒星死亡以后形成的一种天体。
力学知识告诉我们，万有引力无处不在，它和物体的质量成正比、距离的平方成反比。那么，任何一个恒星各个部分之间当然也是存在万有引力的。但是，恒星之所以能够维持一个较大的球形而没有被万有引力吸引得“塌缩”下去，是由于存在其他的力与引力抗衡，这个力就是恒星内部热核反应加热气体产生的膨胀力。大家知道，热核反应的基本过程是将较轻的氢原子合并成较重的氦原子，在这一过程中会释放出大量的热量。等到核燃料逐渐耗尽的时候，恒星也就开始衰老，濒临死亡了。这时，气体就会逐渐冷却下来，与引力相抗衡的气体压力因而就会大大减小。于是，恒星的外周部分在强大的万有引力作用下迅速向中心塌缩，恒星的体积迅速缩小。在塌缩过程中，恒星内部会形成反弹激波，恒星外层的气体会在反弹
激波的作用下爆炸，将一部分气体抛到宇宙空间中这就是后面将要提到的超新星爆发或伽马射线暴现象。
下一步的命运取决于原先恒星的质量。如果原先的恒星质量较小，小于10倍太阳质量，当恒星缩小到一定程度后，一种叫做“电子简并压力”(见注释)的力能够与引力抗衡，星体于是停止塌缩。这时形成的星体叫“白矮星”。这种星体表面仍然存在少量可燃烧物质，但是温度非常高，所以颜色很“白”。再加上这种形体体积很小，即“很矮”，所以叫做白矮星。 如果爆发前恒星的质量比较大，大于10倍太阳质量但小于20倍太阳质量，引力就会更强一些，这时电子简并压力也无法与引力抗衡，恒星会进一步塌缩。这时另一种力——“中子简并压力”（见注释）出现并发挥作用，能够与引力达到平衡。星体于是停止塌缩。这时形成的星体叫做“中子星”。中子星中大部分物质都是由中子构成的，中子和中子之间空隙很小，故中子星密度非常大：它的半径只有10公里，但是质量却达到太阳质量的2倍!
如果爆发恒星的质量高于20倍太阳质量，引力会非常强，即使是中子简并压力也无法与之平衡，于是恒星只能进一步地塌缩下去，变成一个黑洞!美国宇航局(NASA)于2010年11月15日宣布发现的最年轻的黑洞，其前身星正是一个大约20倍太阳质量的恒星!
科学家通过详细的研究表明，对于质量大于20倍太阳质量的恒星，它们演化的最终结局虽然都是黑洞，但却有两种截然不同的具体表现：一是超新星爆发，二是伽马射线暴。恒星到底表现为哪种方式，取决于恒星的初始物理状态，比如旋转的快慢。旋转慢的大质量恒星死亡后会发生超新星爆发;而旋转快的则会形成一个强大的“喷流”，也就是伽马射线暴。超新星爆发与伽马射线暴两种爆发的总能量相差无几，区别在于前者较为“温和”，即这些能量是在较长的时间里爆发,而且向不同方向喷出，而后者非常剧烈，在极短时间里——从不到1秒到几百秒——就发出巨大的能量, 而且集中在一个方向上。到目前为止，伽马射线暴是人们所观察到的宇宙中最剧烈的爆发现象。它是上世纪60年代才偶然发现的比较新的天文现象，关于它的起因仍是一个谜，因此这是目前天体物理研究的一个热点。而这次观测到的年轻黑洞，是形成于31年前的一次超新星爆发。
【注释】：要真正了解甚么是简并压力(Degenerate pressure)，先要明白量子力学(Quantum Mechanics)的泡利不相容原理(Pauli's exclusion principle)。简单来说，有一些基本粒子(例如电子、中子、质子等)是有排它性的，它们不能占据空间中的同一个位置。就好像一群顽皮小孩，你要他们靠在一起，他们总会推推撞撞，要把旁边的小孩赶得远远的。你要他们靠得越近，要用的力量也越大。这种粒子间的相互排斥力，便称为简并压力。在白矮星中，抗拒星体进一步塌缩的坏小孩便是电子，所以称这种排斥力为电子简并压力。而在中子星中，由于引力实在太强大，电子简并压力也对付不了，结果电子被迫压进质子内，结合而成中子，此时抵抗引力的排斥力，便是中子简并压力。假若中子星体的质量超过20个太阳质量，那么中子简并压力也对抗不了引力，到这时，自然界已再没有自然力量可和引力抗衡，物质只能无限塌缩，成为黑洞。
范文五：“黑洞”的形成
“黑洞”的形成 远古时代银河系的新生代星系向古生代星系回缩后古生代星系的磁粒子密度增大，磁粒子在高度压力下以旋转方式快速行走形成“黑洞”
“黑洞”是单极磁超临界值对撞的所形成的磁龙卷风，在黑洞内磁粒子的速度比光速快十倍左右，因这磁粒子的速度快数量大所以任何物质进入黑洞都被它撞击推走。
当星体被吸入黑洞后它向前方以圆锥螺丝形抛出，这种形式星体在向前飞行的同时又逐渐向外飞出。
被吸入黑洞的星体无论大小它们的物理质量同等，黑洞物理质量是最大物理质量，其次是恒星物理质量，象地球和月球的星体进入黑洞后它的物理质量比黑洞以外的恒星物理质量大，进入黑洞的星体物理质增大后，体积收缩同时发出热能，温度增高，星体液化或气化。
星体被抛出黑洞后磁粒子减少物理质量跟着减少星体也就膨胀，大的星体因自身的温度以达致了极点，膨胀后物质流动碰撞，使原子产生裂变而爆炸。
那些没有产生裂变的星体膨胀的样子就象烧开了的水一样，熔浆或气化了的物质从星体内不断向体表爆出，稳定后形成新的星体。
有的星体高速飞出黑洞后与前方未进入黑洞的星体碰撞而爆炸，所以在黑洞形成期间经常有星体爆炸。
大部份星体被黑洞抛出后，银河系核心磁粒子密度减小后‘黑洞”也就消失。
没有被黑洞抛出的星体向系内回缩后，互相排斥互相吸引在各自的轨道上运行形成球形状星系（古生代星系）古生代星系没有向外扩散的能力，被黑洞抛出的星体形成碟形状星体系（新生代星系）它以惯性力磁与磁的作用牵引古生代星系向前运气同时又向外围飞出。
被黑洞抛出的星体惯性力小于银河的磁引力时它就逐渐向系内回缩——再次形成“黑洞”。
现有一种新发明年自行车，它的车速比现有的自行车快一倍，但此车不适合于交通用车，只能用于赛车和收藏。
人造“黑洞‘推进的飞行器在太空飞行秒速可达万公里以上，到木卫六运送水产品七天内可得次来回，它的运送能耗，此用船只从中国到南极运送等量物质的能耗还底。如能小型化可在空中飞行、停留、可快可慢，可在空中刹车，倒退。向太空运送货物比火箭经济安全。
