宇宙中的黑洞是如何形成的，它到底是个什么样的存在？

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如果…如果人类一旦吸进黑洞，真的就意味着死亡吗？可不可能会是另外一个世界？

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黑洞的形成


黑洞其实和中子星，白矮星一样都是恒星演化的产物，唯一不同的是它们是不同质量恒星演化的产物，其中黑洞是超大质量恒星演化的产物。
具体来说是这样的，我们都知道恒星本身是会燃烧的，就好像炉子一样，只不过炉子烧的是煤或者木炭，而恒星烧的是原子核。
刚步入主序星时期的恒星，都是烧氢原子核的，这种燃烧的方式叫做核聚变。这是因为恒星的质量都特别大，引力会使得恒星中心的温度特别大（可以理解成挤压出来的结果），就拿太阳来说，核心的温度可以达到1500万度，而质量越大，引力也就越大，核心的温度就可以达到更大的温度，这我们下文会提到。
由于恒星内核温度特别高，使得恒星是成等离子体的，意思是，电子和原子核是在当中呈现游离态的，而不是构成原子的状态，就像一锅粒子粥一样。

所以，这当中的反应并不是原子和原子之间进行反应，而是原子核和原子核之间进行核反应。而宇宙中70%都是氢原子，剩余的是氦原子（这是由于大爆炸导致的，其中氢和氦是原子序数第一和第二的两个元素），只有不到1%是其他的元素。

而氢的核反应条件要远比氦要求低，因此氢原子核作为燃料的核聚变会最先被点燃，而核反应的炉渣其实就是氦，整个过程就是四个氢原子核通过核聚变产生氦-4。

内核的氢烧完之后，如果是红矮星，那反应就停止了，因为红矮星通过自身引力收缩迫使内核温度达到氦核反应的条件。而质量大一点的恒星，比如：太阳，就可以通过收缩内核，使得条件达到氦核聚变的条件，然后原来的炉渣变成了燃料开始核聚变，氦核反应会生成碳原子核和氧原子核，这就好像换了档一样。

当氦烧完之后，就会剩下一堆炉渣：碳原子核、氧原子核。而又会有一批的恒星停留在这个阶段，而质量更大恒星还能够继续收缩内核，迫使碳发生核聚变反应。不过，超大质量的恒星就不只是这样的了，它们不仅能迫使碳反应，还能迫使碳之后的硅反应，一路一直核反应，直到铁原子核的出现。

之前的恒星的核反应主要在核心进行，而此时的超大质量恒星却是一个奇葩，由于内核温度特别高，导致每一层都在发生核聚变，最外层是氢核聚变，最内核是铁原子核。但是铁其实是比结合能最大的元素，意思是说铁很难发生核反应，最大的差别就在于前面的核聚变其实都是在释放能量，而铁原子核的核反应需要吸收能量。

整个过程大概就是光子进入到铁原子核内，直接击碎铁原子核，然后质子和电子相遇后会生成中子和中微子，就会发生II型超新星爆发。

此时会出现两种情况，第一种是恒星的内核在引力的作用下，中子聚合成了一个中子星。

而中子星说白了就是引力和中子简并压力达到了平衡。这是由于泡利不相容原理导致的结果，这理论简单来说就是中子不可以处于两种相同的状态，它们应该按照规矩好好排排坐。

但是还有一种情况就是恒星内核的质量质量超过3倍太阳的质量（这也被称为奥本海默极限），那么它就不会停留在中子星的状态，因为中子的简并压力都无法抵抗引力，继续向下压缩，按照理论应该可能会出现夸克星，也就是夸克的简并压力和引力达到平衡，但事实上，我们并没有观测到夸克星的存在。因此，我们可以认为，此刻内核就会变成一个黑洞。

所以，到底能不能形成黑洞，首先恒星的质量至少要达到8倍以上的太阳质量，是一个特大质量的恒星。并且在演化过程当中，发生II型超新星爆炸后，内核的质量要超过奥本海默极限，那么内核就会在引力的作用下形成一个黑洞。

黑洞是什么样子的？


实际上，黑洞最有名应该是它能把光都吸走。按照目前主流的引力理论，也就是广义相对论，引力的本质是时空的弯曲。

就拿太阳来说，由于太阳的质量巨大，它压弯了时空，而地球就沿着时空的测地线（也就是时空的“直线”）运动。（我们从二维的角度来看）

那黑洞也能弯曲时空，只不过它对时空的完全远远超过太阳。这样的弯曲程度，导致光经过附近时，如果沿着测地线运动就会掉入到黑洞当中。

如果要用牛顿理论来理解，其实就黑洞的第二宇宙速度远远大于光速，导致光没有拜托黑洞的引力，只能掉入黑洞。而光速已经是宇宙中物质、信息、能量的极限速度，因此，物质遭遇黑洞时，基本上都会往里掉。

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科普：黑洞到底是什么呢？

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黑洞是宇宙的恶魔，里面包含着许多神秘的东西。黑洞也能吞噬整个星系。正是这个宇宙区域的引力如此之大，以至于即使光线也无法穿过它。它可以吞下靠近它的每一件东西，或者进入它的引力圈。  如果我们要去黑洞，那么时间的影响也会减少。在黑洞里，没有时间的存在。
什么是黑洞？

黑洞是一种结核，其密度和质量极高。  在这个宇宙中，如果我们压缩任何物体并使之变得非常小，那么由于它的密度和质量很高，它的引力将会增加得如此之大，以至于即使是一束光线也不能穿过引力。那个物体将会是叫做黑洞。
在了解黑洞的形成之前，我们必须了解恒星的形成  
星星的创造:
我们知道恒星的形成是在银河系中的尘埃和气体的帮助下发生的。我们宇宙中存在的气体和尘埃云是叫做星云。这些星云含有大量氢。之后，有25%的氦，还有少量的其他元素。  当星云中的尘埃和气体密度增加时。然后由于重力，这些云开始压缩。恒星内部的温度也升高了很多，氢原子开始相互碰撞，并因此形成氦。  然后由于速度和压力，它们结合在一起，开始形成矛状的形状。整个过程被称为恒星的形成。  但是这些反应需要数百万年才能完成。我们的太阳也是这样的。因此恒星的引力保持平衡核聚变反应。  

黑洞的形成:
当氢的数量从恒星开始减少时，那颗恒星慢慢变冷。当氢从恒星中完全耗尽时，这些恒星就不能被引力进一步控制。然后在恒星中发生了一次大爆炸叫做超新星。  爆炸后，如果恒星的任何部分留下高密度，那么那部分恒星就变成中子星。然后由于高重力，恒星开始压缩。恒星被压缩到一个临界水平。  然后由于这种高压缩，特定恒星的空间和时间也变得紧张。在那颗恒星内，空间和时间的存在将被抹去。这些会变成看不见的结节。我们是这颗星叫做黑洞。

黑洞中不存在时间:
黑洞的质量集中在我们称之为奇点。  围绕这一点的球形称为事件视界。甚至连一缕光线都不能离开这个事件视界。也没有时间的存在。  根据爱因斯坦的狭义相对论，当一个人站在离视界一定距离的地方时，他的手表会慢下来。  还要记住一件事，宇宙中不同位置的时间速度是不同的。意味着地球上运行的时间在宇宙的其他区域可能不同，可能慢也可能快。这叫做时间幻觉。这是一个令人兴奋的科学事实。  任何东西都可以进入黑洞视界；首先，那东西会被分开，然后它会变得看不见。并将进入黑洞的奇点。但是物理学直到现在还没有发现这些物体会去哪里。

黑洞的类型:
有四种类型的黑洞存在，它们是由它们的特性来识别的。
恒星黑洞:- 那些质量会比太阳高一点的恒星，那些恒星会因为重力而变成黑洞，我们会的叫做恒星黑洞。

超大质量黑洞:- 这种黑洞形成于银河系中心，密度也很高。它们也很大叫做超大质量黑洞。  这种黑洞的质量是太阳的数百万倍。
原始或小黑洞:- 这些是质量小于太阳的黑洞。这些黑洞的形成不是由于重力，而是由于中心质量和热量的压缩叫做原始或小黑洞。  科学家认为这些小黑洞的形成发生在宇宙创建期间。  斯蒂芬·史蒂芬霍金认为，在了解了这些小黑洞之后，我们可以对宇宙有更多的了解。

超大质量黑洞:- 超大质量黑洞是最大的黑洞类型。这些是最近发现的黑洞。这些黑洞属于黑洞的新分类，我们称之为超大质量黑洞。
我们知道黑洞吸收它们视界中的每一条光线。那么科学家是如何发现它们的呢？

据科学家称，尽管看不见，黑洞的引力对附近的恒星、陨石甚至星系都有影响。宇宙的这些部分似乎向它靠近。在这些结节的中心还有一个密集的黑点。  有时一些陨石似乎围绕着地球旋转黑点。这也是找到黑洞。  有时似乎黑洞正在吞噬银河系的物体。这表明黑洞的存在。

一些想象:
如果地球的质量增加，整个地球将被压缩到1.5厘米，那么它的引力将增加，地球将被称为黑洞。  如果比地球大130万倍的太阳也被压缩到更大的程度。那么太阳将被称为黑洞。  但是请记住，在黑洞中，密度比质量更重要。我们知道地球和太阳不能像这样被压缩。  如果有比太阳大几十亿倍的恒星，其密度和质量也非常高，那么那颗恒星就可能成为黑洞。

宇宙无限

黑洞是如何产生的？

图1：一个名为天鹅座X-1的黑洞是在一颗大恒星塌陷时形成的。这个黑洞把物质从它旁边的蓝星上吸走。
当大质量恒星到达生命的尽头时，它们融合成氦的氢几乎耗尽。因此，这些巨型恒星开始燃烧氦，将剩余的原子熔合成更重的元素，直到铁元素的聚变不再提供足够的能量来支撑恒星的外层。这些顶层向内坍缩，然后爆发为一种强大而明亮的爆发，称为超新星。然而，恒星的一小部分还在后面。
因为没有光可以逃逸，黑洞是看不见的。然而，带有特殊仪器的太空望远镜可以帮助发现黑洞。它们可以观察到非常接近黑洞的物质和恒星的行为。
如果这个恒星遗迹是单独存在的，一个黑洞一般就会在那里“无所事事”。但是，如果气体和尘埃围绕着这个物体，这些物质就会被吸入黑洞的内部，当气体和尘埃升温时，就会产生明亮的光脉冲，像水进入排水沟一样旋转。黑洞将把这个质量并入它自己的质量中，从而使这个物体得以成长。

图2：科学证据表明，在银河系的中心有一个超大质量的黑洞。
如果两个黑洞相遇，每个黑洞的强大引力会吸引另一个，它们会越来越近，绕着彼此旋转。它们的集体质量将震动附近时空的结构，发出引力波。
2015年，天文学家通过激光干涉仪引力波天文台(LIGO)发现了这种引力波。这是我们第一次真正看到黑洞并确认它们的存在。这些结果也很好地证实了爱因斯坦的预测方程。据《今日宇宙》报道，科学家此前已经发现了黑洞存在的间接证据，他们目睹了我们银河系中心的恒星围绕着一个巨大的看不见的物体旋转。

图3：这张人马座A在银河系中心的照片是由钱德拉x射线天文台拍摄的。
黑洞有多大?
黑洞可以有各种大小，但主要有三种类型的黑洞。黑洞的质量和大小决定了它的种类。最小的被称为原始黑洞。科学家们认为这种类型的黑洞只有单个原子那么小，但却有一座大山那么大。
最常见的中型黑洞被称为“恒星黑洞”。恒星黑洞的质量可以达到太阳质量的20倍，并且可以容纳一个直径约为10英里的球。银河系中可能存在数十个恒星质量的黑洞。
最大的黑洞被称为“超大质量黑洞”。
这些黑洞的质量加起来超过1百万个太阳的质量，可以装进一个直径相当于太阳系大小的球里。科学证据表明，每个大星系的中心都有一个超大质量黑洞。位于银河系中心的超大质量黑洞被称为人马座a，它的质量相当于大约400万个太阳，可以被放进一个直径与太阳差不多的球中。
如果黑洞是“黑的”，科学家们怎么知道它们在那里?
黑洞是看不见的，因为强大的引力把所有的光都拉到黑洞的中心。然而，科学家可以看到它强大的引力对周围恒星和气体的影响。如果一颗恒星在太空中绕某一点运行，科学家可以研究该恒星的运动，以确定它是否在绕黑洞运行。当一个黑洞和一颗恒星紧密地绕轨道运行时，就会产生高能光。科学仪器可以看到这种高能光。
黑洞的引力有时可以强大到足以抽离恒星的外层气体，并在其周围形成一个圆盘，称为吸积盘。当气体从吸积盘螺旋进入黑洞时，气体加热到非常高的温度，并向各个方向释放x射线。
NASA的望远镜测量x射线。天文学家利用这些信息来更多地了解黑洞的性质。

图4：射手座A *是银河系中心的黑洞
黑洞能毁灭地球吗?
黑洞不会在宇宙中游荡，随意吞噬世界。它们遵循万有引力定律，就像太空中的其他物体一样。黑洞的轨道必须非常接近太阳系才能影响地球，这是不可能的。
如果一个与太阳质量相同的黑洞取代了太阳，地球就不会掉进去。与太阳质量相同的黑洞将保持与太阳相同的引力。行星仍然绕着黑洞运行，就像它们现在绕着太阳运行一样。
太阳会变成黑洞吗?
太阳没有足够的质量坍缩成黑洞。数十亿年后，当太阳生命结束时，它将成为一颗红巨星。然后，当它用完最后的燃料时，它会脱离外层，变成一个发光的气体环，称为行星状星云。最后，太阳只剩下一颗冷却的白矮星。