黑洞：宇宙中的神秘“大胃王”

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江苏省南京市鼓楼实验小学科学教师、科技辅导员，辅导学生在各级科创大赛中多次获奖，所撰写的文章多次荣获省、市、区一等奖。

地球是什么形状的呢？月亮表面的环形山是如何形成的呢？太阳的表面温度有多高呢？在苏教版四年级科学下册第二单元《地球、月球与太阳》中，同学们一定能找到这些问题的答案。而人类在认识宇宙的过程中却没有参考资料，这是一个漫长又曲折的过程，需要长期不断地观察、推算......

浩瀚的宇宙中有许多天体，仰望苍穹的人类从未停止对它们的探寻和思索。1915年，爱因斯坦提出了用于描述引力的理论——广义相对论。其中最重要的是引力场方程，通过这个方程，可以推导出很多未知的现象和天体。1916年，德国物理学家史瓦西从这个方程中得到了广义相对论的第一个精确解——史瓦西解，并由此推断宇宙中可能存在一种可以把光也束缚住的绝对黑暗天体，这就是后来所说的黑洞。

黑洞是个什么洞？

黑洞并不是洞，而是宇宙空间内存在的一种特殊天体。它是时空中的无底深渊，是深藏不露的引力陷阱，是宇宙中神秘的“大胃王”，周围有什么吃什么，连光都难以幸免。黑洞如此神秘，它到底是如何形成的呢？

其实，黑洞的诞生意味着一颗恒星的终结。当恒星存在时，不断向外释放光和热。但当恒星的燃料用完后，它们会爆炸。因为恒星自身的质量很大，在引力作用下，它们的物质体积开始无限缩小，像一个“核”。如果把地球压缩成黑洞的话，史瓦西半径仅为8.85毫米，也就是一个普通汤圆的大小。如果这个“核”的质量够大，最终就有可能形成传说中的黑洞——质量超大，“脾气”超差。

那么，质量超大的黑洞会怎么样呢？爱因斯坦的广义相对论曾说过，质量会扭曲时空，产生引力。简单来说，地球之所以绕着太阳转，是因为太阳太胖、太沉了，把时空压出了个坑，地球顺着坑滚过去了。所以，黑洞这个质量超大的天体会产生超强引力，能把周围的物质源源不断地吸引过去，甚至连光线都无法逃脱，是名副其实的“大胃王”。

2020年，诺贝尔物理学奖的半授予罗杰·彭罗斯，他是霍金多年的合作者。罗杰·彭罗斯运用巧妙的数学方法，证明了黑洞确实可以形成，他还对黑洞进行了详尽的描述。

太阳是恒星，它也会成为黑洞？

黑洞按其质量大小可分为3类：超大质量黑洞、恒星黑洞、微型黑洞。超大質量黑洞的质量巨大，是太阳质量的几百万倍甚至几百亿倍。天文观测资料显示，许多星系的中心都是一个巨大的超大质量黑洞。2020年，诺贝尔物理学奖的另外两名获奖者——赖因哈德·根策尔与安德烈亚·盖兹，各自领导着一个研究小组，经过长期观察和研究，发现了一个不可见且极其重的物体控制着银河系中心恒星的运行轨道——超大质量黑洞。这个超大质量黑洞在银河系的中心，被称为“人马座A*”的位置，大约有400万个太阳那么大，而且能够扰乱恒星。他们的发现提供了迄今为止最令人信服的黑洞证据。

微型黑洞则恰恰相反，质量很小，小到可以和微观世界的基本粒子相比较，也被称为迷你黑洞。恒星黑洞，顾名思义，其质量大小与恒星的质量大小相当。

太阳是一颗恒星，给地球带来了光和热，维持着地球上的生命。我们赖以生存的太阳会不会成为黑洞呢？听起来真有点可怕！

星星也和人一样，有“生老病死”。不过，星星的寿命要比人类的寿命长得多，是以“亿年”为单位来计算。真是人生易老、天难老啊！太阳这颗恒星在大约46亿年前诞生，寿命大约有100亿年。到目前为止，太阳的生命刚走了一半，“正值中年”，所以暂可不必担心。

恒星的演化过程因为质量的不同而产生了分岔。质量大于8倍太阳质量的恒星，还将会经历一个超新星爆发的阶段，最后变成中子星或黑洞;而质量小于8倍太阳质量的恒星，其归宿便和太阳一样，成不了黑洞，最后成为白矮星。

黑洞的真面目究竟什么样？

2019年4月10日21时，人类终于一睹黑洞的真容！全球数百名科研人员参与合作的“事件视界望远镜”项目发布了他们拍到的第一张黑洞照片。

这个黑洞的位置在超巨椭圆星系M87的中心，距地球约5500万光年。天文学家动用了全球8个毫米/亚毫米波射电望远镜，进行联合观测。这张黑洞照片也是通过数据和科学家后期的海量运算得出的。因此，从2017年4月开始拍摄，花费将近两年时间才与大家见面。

观测黑洞的望远镜叫作“事件视界望远镜”（EventHorizon Telescope，简称EHT），因此该团队也叫作EHT团队。在这200多人的科学家团队中，有十余位中国科学家。

还有同学会问：黑洞不是全黑的吗？周围的光圈是什么呢？黑洞在照片中光圈的中心位置，是全黑的存在。要不是这光圈，我们也看不到黑洞。黑洞会将周围的任何东西都源源不断地吸进去，包括光线、无线电波，等等。所以，连光线都能吸走的黑洞，实际上是看不见的。

还有一些东西快速地在黑洞周围转啊转，就像在一个极速旋转的龙卷风里一样，转速太快。这些东西相互摩擦后，产生了大量的光和热，形成了光亮的外圈，我们将其称为吸积盘。这次能拍到黑洞的照片，就有吸积盘的一份功劳呢！

了解了黑洞的小知识，我们才更能感受到黑洞的魅力。虽然这张黑洞照片如此模糊，可对于人类探索宇宙有着重要意义。但这些成果仅仅是人类揭开黑洞面纱的第一步，正如爱因斯坦所说：“科学是永无止境的，它是一个永恒之谜。”2020年诺贝尔物理学奖获奖者为人类研究天体物理，开辟了新的领域。随着科学的进步，在不久的将来，我们一定会得到黑洞的高清图，让我们拭目以待吧！