宇宙中的黑洞是什么?
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发布时间：2022-04-23 12:32
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时间：2023-07-20 15:45
黑洞本质上也是天体。但它是一类特殊的天体。
如果是恒星级黑洞，那黑洞是大质量恒星演化后期，经过超新星爆发的方式快速抛去其外层气体后，经过引力坍缩的恒星核。
知道第二宇宙速度吧？就是从一个星球表面出发，摆脱一个星球的引力，到宇宙空间去所需要的速度，也叫脱离速度或逃逸速度。地球的第二宇宙速度是11.2千米/秒。就是说，如果从地球上发射一个航天器，如果它的速度达到或超过了11.2/秒，它就能摆脱地球的引力，成为一个在太阳系中遨游的航天器了。
不同质量的星球有不同的脱离速度。从万有引力定律就能看出，星球的质量越大，引力越强，摆脱这个星球引力所需要的速度就越高。同时，对于质量相同的星球来说，星球的半径越小，密度越大，引力也越强，表面脱离速度也越高。比如，月球的质量、密度和半径都比地球小，它的逃逸速度就只有2.4千米/秒，而太阳要比地球大得多，所以太阳的逃逸速度高达617.7千米/秒。
宇宙中能够达到的最高速度是光速。早在17世纪，就有欧洲科学家提出，可以设想一种星球，它的质量足够大、引力足够强、半径足够小、密度足够高，使它的表面脱离速度达到光速，那么从这个星球上发出的光线就无法脱离星球表面，跑到星球外边去；外来的任何物质，包括光线也会被这个星球完全吸收，不会有光线反射出来。这时，这个星球不管能发出多强的光，都不可能被看到－－它是黑的。
就是说，用牛顿力学解释，黑洞就是表面逃逸速度大于等于光速的天体。
用爱因斯坦相对论来解释，因为质量能够使时空结构变形或扭曲，改变时空的曲率。而黑洞是时空曲率大到自我封闭，使进入的任何物质，包括光都无法从其事件视界逃脱的天体。
上一张图是黑洞的牛顿解释，就是引力能弯曲光线。下一张图是黑洞的爱因斯坦解释，就是黑洞是宇宙中时空弯曲到自我封闭的一个区域。两张图中的各条光线可以一一对应。
一颗恒星要变成一个黑洞，是有条件的。要形成黑洞，其原恒星的质量不能小于7倍太阳质量，并且引力坍缩的恒星核质量不能小于3.4倍太阳质量。
大质量恒星到了演化的晚期，会成为一颗红超巨星。当恒星中的所有核聚变原料都用完时，恒星中的核聚变反应停止，恒星核中全是铁元素，向外阻止恒星收缩的辐射压消失，恒星外面的物质就会向内急剧收缩，在撞到中心的铁核时，由于铁核不能被压缩，这些物质就像是撞到一堵无比坚硬的墙，就会以几乎的速度被反弹出去，反向冲出恒星，好像是恒星发生了一次无比巨大的爆炸一样。这种现象叫超新星爆发。超新星爆发会使恒星损失大部分质量，只剩下少部分的恒星核，在外面物质的撞击能量下继续收缩。此时，如果剩下的恒星核的质量大于3.2倍太阳质量，它就会在引力作用下坍缩为一个密度无限大、尺度无限小的点，这个点叫奇点。由于它的半径是零，而密度又无限大，它的引力就可以强大到连光线都能够吸引住。或者说，它周围的时空已经弯曲到它自身周围，自我封闭了起来，并形成的一个区域，叫视界。任何进入视界的物质和光线都无法再离开，自身发出的光线也无法脱离。这个区域就成为了一个黑洞。
这就是黑洞。
理论上，除了大质量恒星演化到末期能够形成黑洞外，在宇宙大爆炸极早期，物质刚刚形成时，因为物质密度过高，也可能形成一些大小如同一个基本粒子、质量如同一座大山的极小的黑洞，叫量子黑洞。但这种黑洞目前还没有发现。另外就是在星系中心，同样由于物质密度极高，在星系形成时也会在星系中心形成一个极大质量黑洞。例如，在我们银河系中心，就有一个质量为太阳质量400多万倍的超大质量黑洞。大多数星系中心都有这样一个黑洞。
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时间：2023-07-20 15:45
