黑洞是宇宙中的物体，它的质量被困在它们的边界内，以至于它们拥有难以置信的强大引力场。事实上，黑洞的引力非常强大，一旦进入黑洞，任何东西都无法逃脱。即使光也无法逃出黑洞，它与恒星、气体和尘埃一起被困在黑洞中。大多数黑洞的质量是太阳的许多倍，而最重的黑洞可能有数百万的太阳质量。

尽管质量如此之大，但构成黑洞核心的实际奇点从未被看到或成像。正如这个词所暗示的，它是空间中的一个微小点，但它有很多质量。天文学家只能通过它们对周围物质的影响来研究这些物体。黑洞周围的物质形成了一个旋转的圆盘，刚好位于一个叫做“事件视界”的区域之外，该区域是万有引力的不归宿点。

黑洞的结构

黑洞的基本“构造块”是奇点：一个包含黑洞所有质量的精确空间区域。围绕它的是一个空间区域，光线无法从该区域逃逸，因此“黑洞”得名。这个区域的外部“边缘”形成了事件视界。这是一个看不见的边界，引力场的引力等于光速。它也是重力和光速平衡的地方。

视界的位置取决于黑洞的引力。天文学家使用方程Rs=2GM/c2计算黑洞周围事件视界的位置。R是奇点的半径，G是重力，M是质量，c是光速。

黑洞类型及其形成方式

有不同类型的黑洞，它们以不同的方式产生。最常见的类型是恒星质量黑洞。这些恒星的质量大约是太阳的几倍，当大型主星序恒星（质量是太阳的10-15倍）的核心耗尽核燃料时形成。其结果是一次巨大的超新星爆炸，将恒星外层送入太空。留下的东西会坍塌形成黑洞。

另外两种类型的黑洞是超大质量黑洞（SMBH）和微黑洞。单个SMBH可以包含数百万或数十亿个太阳的质量。顾名思义，微型黑洞非常微小。它们可能只有20微克的质量。在这两种情况下，它们产生的机制并不完全清楚。微黑洞理论上存在，但尚未被直接探测到。

超大质量黑洞被发现存在于大多数星系的核心，它们的起源仍在激烈争论中。超大质量黑洞可能是较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，它们可能是在一颗高质量（太阳质量的数百倍）恒星崩塌时产生的。无论哪种方式，它们的质量都足以在许多方面影响银河系，从对恒星诞生率的影响到恒星的轨道以及它们附近的物质。

另一方面，在两个非常高能的粒子碰撞过程中可能会产生微型黑洞。科学家们认为，这种情况在地球高层大气中不断发生，在欧洲粒子物理研究所（CERN）等地的粒子物理实验中很可能发生。

科学家如何测量黑洞

由于光无法从黑洞周围受视界影响的区域逃逸，因此没有人能够真正“看到”黑洞。然而，天文学家可以通过它们对周围环境的影响来测量和描述它们。靠近其他物体的黑洞对它们产生引力效应。首先，质量也可以由黑洞周围物质的轨道决定。

实际上，天文学家通过研究光在黑洞周围的行为来推断黑洞的存在。黑洞和所有大质量物体一样，有足够的引力使光通过时的路径弯曲。当黑洞后面的恒星相对于黑洞移动时，它们发出的光会出现扭曲，或者恒星会以一种不寻常的方式移动。根据这些信息，可以确定黑洞的位置和质量。

这一点在星系团中尤为明显，星系团、暗物质和黑洞的质量结合在一起，通过弯曲远处物体经过时的光线，形成形状奇特的弧线和圆环。

天文学家还可以通过黑洞周围加热物质发出的辐射（如无线电或x射线）来观察黑洞。这种物质的速度也为它试图逃逸的黑洞的特征提供了重要线索。

霍金辐射

天文学家可能探测黑洞的最后一种方法是通过一种称为霍金辐射的机制。霍金辐射是以著名的理论物理学家和宇宙学家斯蒂芬·霍金命名的，它是热力学的结果，需要能量从黑洞中逃逸出来。

其基本思想是，由于真空中的自然相互作用和波动，物质将以电子和反电子（称为正电子）的形式产生。当这种情况发生在视界附近时，一个粒子将从黑洞中喷出，而另一个粒子将落入引力阱中。

对观测者来说，“看到”的只是黑洞发射出的粒子。粒子将被视为具有正能量。这意味着，通过对称性，落入黑洞的粒子将具有负能量。结果是，随着黑洞年龄的增长，它会损失能量，因此也会损失质量（根据爱因斯坦著名的方程式，E=MC2，其中E=能量，M=质量，C是光速）。

由卡罗琳·柯林斯·彼得森编辑和更新。