在宇宙的阴影中潜伏着时空的某个区域，那里的重力非常强大，任何东西都无法逃脱。这些点被称为黑洞，是太空的垃圾桶，仅在银河系就可能有数亿个黑洞。

18年科学家首次假设黑洞^第个但直到两个世纪后，他们的存在才得以解释。虽然我们能够直接观察到它们，但我们仍然不完全了解它们的行为。

指导物理学

1915年，阿尔伯特·爱因斯坦扩展了他之前发表的关于狭义相对论的著作，将空间的三维和时间的一维封装成一个几何模型：时空。

在这部新作品中广义相对论-他认为，一个足够大的物体会使时空变形，就像一个保龄球坐在蹦床上一样，任何与这种变形相互作用的较轻物体都会感受到重力的影响。他还意识到一个物体的质量越大，它对时空的变形就越大。这有助于解释密度惊人的黑洞是如何捕获较轻的物体的-包括光子-在他们中间。

黑洞是如何形成的？

恒星黑洞通常是通过大质量恒星的坍塌形成的。如果恒星质量不够大，它会坍缩成白矮星或中子星。虽然黑洞质量的下限还不完全清楚，但理论上它的质量大约是太阳质量的三倍。

恒星的坍塌是在燃料耗尽时发生的，燃料耗尽是通过一个叫做核聚变在最简单的形式中，当恒星核心中的两个原子（如氢）合并形成新原子氦时，就会发生聚变。

每次两个原子融合时，都会释放出大量能量，这些能量以热、光和热压的形式向外辐射。在恒星的整个生命周期中，其向外的热压力与引力保持平衡，使恒星保持稳定。

聚变将继续制造越来越重的元素：氦聚变制造碳，碳聚变制造氧，氧聚变制造氖，硅聚变。随着元素尺寸的增加，通过聚变产生的能量减少，这将通过降低推回恒星重力的热压力来威胁平衡。

最后，恒星的聚变将产生铁，这是一种消耗能量而不是释放能量的反应。随着铁的聚变消耗越来越多的恒星能量，相对重力的内向力迅速增加，导致恒星坍塌猛烈地.

视界和吸积盘

这个事件范围是黑洞的不归宿点-任何穿过黑洞的物体都需要以超过光速的速度移动才能逃离黑洞的引力。在数学上，这个边界是由黑洞的质量、牛顿引力常数和光速之间的关系在物理上定义的。

这里需要注意的是，只有当黑洞没有电荷或角动量时，这才是正确的。该地区的特点还包括吸积盘，一个与视界完全分离的区域。

在照片和渲染中，吸积盘被描绘成由围绕黑洞的物质组成的发光光晕。这种物质被加热到数千万度，从而发射出不同波长的电磁辐射，包括可见光。

当这个过热的质量在轨道上运行时，地球上的观测者会觉得它是不平衡的，亮度参差不齐由于物质流进入磁盘。吸积盘亮度不均匀的另一个原因是相对论多普勒效应-朝向观察者旋转的一侧将被视为更明亮。

时间膨胀

爱因斯坦的广义相对论指出，重力增加会减缓时间。这种现象称为时间膨胀当一个物体接近事件视界时，它将开始体验黑洞的巨大引力和随后的时间膨胀。

在外部观察者看来红移由于黑洞引力的影响，物体反射光的波长变长。

对于这个外部观测者来说，这个物体也会越来越慢地向黑洞移动，最终当它穿过视界时，它就会从视线中消失。然而，对象本身将以正常速度经历时间流逝。

引力

黑洞以其惊人的引力而闻名，而这种引力对接近黑洞的质量的影响非常有趣。如果一个观测者在英尺前坠落到一个黑洞，他们会在脚上感受到比在头上更强的引力效应，就像我们在地球上一样。然而，由于黑洞的引力如此强大，这种梯度将产生令人困惑的效果。

随着观察者越来越接近黑洞，他们将经历一个恰当的过程意大利面条在那里，他们的脚和头之间的重力差异将把观察者纵向拉向黑洞。

奇点

奇点是零体积和无限密度黑洞内的一个区域。一旦质量达到奇点，接下来会发生什么的科学尚不清楚，但从理论上讲，它会被压碎到无限密度，并增加到黑洞的总质量中。

值得注意的是，奇点不一定是黑洞的定义特征，它们的位置和特征取决于黑洞本身。例如，在没有旋转或电荷的黑洞中，奇点将位于黑洞的中心。然而，当黑洞旋转时，奇点将是环形的（如果你愿意，可以是环形奇点或环形点）。在不同的不是基于广义相对论的引力理论中，技术上甚至可能存在没有奇点的黑洞！

黑洞研究有什么新进展？

2016年，科学家们直接探测到了两个黑洞的深远残余物——分别是太阳质量的29倍和36倍——并合。碰撞在时空结构中释放了引力波或涟漪。这些波是阿尔伯特·爱因斯坦在1916年根据广义相对论提出的。但在它们被提出一个世纪后，激光干涉仪引力波天文台的物理学家们检测到t哼确认其存在。

2019年，事件地平线望远镜拍摄到了第一张黑洞照片。黑洞的每一个预先存在的图像都是一个渲染或插图，而不是真实的图像。由于黑洞距离地球较远，所以它们看起来相对较小，因此捕获黑洞非常困难。从吸积盘中可以检测到的光信号经常被星际尘埃云或其他天体所掩盖。相反，从亚利桑那州到南极洲，全球八个天文台的天文学家从宇宙中的一个黑洞收集无线电波信号，并将其汇编成单个图像.

2020年，诺贝尔物理学奖授予三位科学家研究黑洞的人。罗杰·彭罗斯（Roger Penrose）通过使用复杂数学证实黑洞是广义相对论的结果，从而获得了他应得的奖项。虽然爱因斯坦最初认为黑洞是理论上的，但彭罗斯的工作证明，事实上，存在于自然界.

莱因哈德·根泽尔（Reinhard Genzel）和安德烈亚·盖兹（Andrea Ghez）因证实银河系中心存在超大质量黑洞而分享了另一半奖项。自20世纪90年代以来，这些天文学家及其团队一直在跟踪周围恒星的轨道我们星系的中心并推断出某种无形且密度极高的东西是罪魁祸首：一个大小与太阳系相当的黑洞，但其质量却是太阳的400万倍。

黑洞是一种神秘的异常现象，最基本的物理理论在这里被推到了极限。随着我们检测和研究它们的能力越来越强，我们越来越接近了解它们的存在。

《高级科学新闻》的编辑们要感谢Maria M教授蒙特塞拉特Jaurez是阿肯色州立大学Querétaro校区数学和物理副教授，感谢她对本文的贡献。

Daniela Guzman Angel插图

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