宇宙中最神秘的天体，黑洞的分类和形成

ADDJ2017

要了解黑洞的形成，就必须得先掌握“史瓦西半径”这个概念。

史瓦西半径是任何具重力的质量之临界半径。在物理学和天文学中，尤其在万有引力理论、广义相对论中它是一个非常重要的概念。1916年卡尔·史瓦西首次发现了史瓦西半径的存在，他发现这个半径是一个球状对称、不自转的物体的重力场的精确解。

一个物体的史瓦西半径与其质量成正比。

通俗来讲，物体密度越高，表面引力越强，到达一个半径后光都逃不出去，这就是史瓦西半径，它是黑洞事件视界。

黑洞是由质量足够大的恒星在核聚变反应的燃料耗尽而死亡后，发生引力坍缩产生的。

当一颗恒星衰老时，它的热核反应已经耗尽了中心的燃料，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，直到最后形成体积接近无限小、密度几乎无限大的星体。

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”就诞生了。

黑洞的演化过程：

黑洞就是中心的一个密度无限大、时空曲率无限高、体积无限小，热量无限大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。依据阿尔伯特-爱因斯坦的相对论，当一颗垂死恒星崩溃，它将聚集成一点，这里将成为黑洞，吞噬邻近宇宙区域的所有光线和任何物质。

黑洞的产生过程类似于中子星的产生过程：某一个恒星在准备灭亡，核心在自身重力的作用下迅速地收缩，塌陷，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，连中子间的排斥力也无法阻挡。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引力，使得任何靠近它的物体都会被它吸进去。

也可以简单理解为：通常恒星最初只含氢元素，恒星内部的氢原子核时刻相互碰撞，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。由于氢原子核的聚变产生新的元素——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。

不同类型的黑洞，其来源也不同，黑洞大致有三类。

一类是微型黑洞，也叫量子黑洞

理论上诞生于宇宙大爆炸初期，由刚刚生成的物质在宇宙初期的高密度下形成。这类黑洞质量并不大，大小只有一个基本粒子大小，质量只有数万吨到数十万吨。这类黑洞仅仅是理论预言，目前尚未发现。

第二类是恒星级黑洞

是由大质量恒星在演化末期，通过超新星爆炸的形式，恒星核引力坍缩形成的。这也是目前研究较多的一类黑洞。恒星演化理论认为，当大于太阳质量30倍以上的大质量恒星在演化末期，会发生一次超新星爆发。在爆发中，大量物质被抛出恒星，同时恒星核会收缩。

当恒星核质量大于3.2倍太阳质量时（这个极限称为“奥本海默极限”），它将无可避免地坍缩为一个质量无限大、尺度无限小、表面脱离速度达到或大于光速的物体。由于任何靠近它的物体（包括光线）都会被它强大的引力吸引而无法逃脱，自身发出的光也无法离开它的表面，就像是一个黑色的无底洞一样，所以称为“黑洞”。

第三类是星系中心的黑洞

这类黑洞是在星系形成时，由于中心物质密度极高，引力极强，自身引力坍缩形成的。这类黑洞只存在于大型星系的中心，通常质量极大，达数十万到数千万倍太阳质量，甚至更大。例如，银河系中心就存在一个质量超大的黑洞，质量约为太阳的400万倍。

今年早些时候发布的那张黑洞照片，也是一个星系中心的黑洞。这个黑洞位于M87星系当中，距离地球5300万光年之遥，质量相当于65亿颗太阳。


原文地址：今日头条

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