
黑洞可能是我们宇宙中最令人着迷的特征。就像通往任何地方的长长的黑暗隧道(或巨大的垃圾处理器),这些太空中的神秘装置施加的引力如此之大,以至于附近的任何东西——甚至光——都无法逃脱被吞噬的命运。进去的(大部分)永远不会出来。
由于这个原因,黑洞是肉眼看不见的,就像它们周围空旷、黑暗的空间一样没有光。科学家们之所以知道黑洞的存在,并不是因为他们真的看到了黑洞,而是因为黑洞巨大的引力会影响附近恒星和气体的轨道。另一个线索是,当气体被吸入时,可探测到的辐射是过热的。事实上,这些强烈的x射线辐射导致了第一个黑洞的发现,即1964年天鹅座的天鹅座X-1。
正如科学家们发现的那样,黑洞甚至比科幻小说还要奇怪。以下是七个值得思考的谜团。
1. 黑洞扭曲了它们周围的时间和空间

如果你碰巧飞到一个黑洞附近,它的极端引力会越来越慢地减慢时间和扭曲空间。你会被拉得越来越近,逐渐加入一个由轨道空间物质(恒星、气体、尘埃、行星)组成的吸积盘,向内螺旋向事件视界或“不归路”靠近。一旦你越过这个边界,引力就会克服所有逃脱的机会,你就会被超级拉伸,因为你会朝着黑洞中心的奇点——一个难以想象的小点,拥有巨大的质量,理论上引力和密度接近无穷大,时空无限弯曲。换句话说,你会在一个完全违背我们所理解的物理定律的地方被吞噬和湮灭。
2. 黑洞有微型、中等和巨型之分

中等大小的恒星质量黑洞是最常见的类型。它们是在一颗巨大的垂死恒星或超新星爆炸时形成的,剩余的核心在自身引力的作用下坍塌。最终,它被压缩成一个微小的、密度无限的奇点,形成了中心。事实上,黑洞并不是真正的洞,而是由高度压缩的物质组成的点,它们有着超大的引力足迹。恒星质量的黑洞通常比我们的太阳重10倍左右,尽管科学家已经发现了一些比太阳大得多的黑洞。
超大质量黑洞是宇宙中最大的黑洞,有些黑洞的质量是太阳的数十亿倍。科学家们并不完全了解它们是如何形成的,但这些巨大的令人难以置信的天体可能在大爆炸后不久就出现了,并且被认为存在于每个星系的中心,即使是最小的星系。我们自己的银河系围绕着人马座A*(或Sgr A*)旋转,它的质量约为400万个太阳。
研究人员最近还发现了隐形黑洞,它们似乎以较慢的速度吞噬物质和气体,这意味着发射的x射线较少,因此它们更难被探测到。天文学家还相信,在宇宙大爆炸后的几秒钟内形成了微小的原始黑洞。这些微小的谜团尚未被观察到,但最小的可能比原子还小(但质量与小行星相当),宇宙可能充斥着它们。

这张照片显示了最近一次x射线爆发的光回波(圈内)。
3. 黑洞多得数不清
仅银河系就被认为拥有1000万到10亿个恒星质量的黑洞,加上超大质量的人马座A*。宇宙中有1000亿个星系,每个星系都有数百万个恒星质量的黑洞和一个超大质量的核心怪物(更不用说其他被发现的星系了),这就像数沙粒一样困难。
4. 黑洞吞噬东西,并定期把它们吐出来
黑洞不会像饥饿的捕食者那样在宇宙中漫游,也不会像潜伏的行星或其他太空猎物那样作为晚餐。更确切地说,这些天兽以轨道太近的物质为食,就像这颗不幸的恒星,科学家们在过去十年里观察到它被吞噬(有史以来最长的黑洞大餐)。好消息是,地球不会与任何已知的黑洞发生碰撞。
但仅仅因为我们不太可能被吸下去,并不意味着我们不应该担心。这是因为人马座A*(可能还有其他超大质量的巨兽)偶尔会抛出行星大小的“唾沫团”,有朝一日可能会把我们毁灭。
唾沫团是如何逃脱黑洞的魔爪的?它们实际上是由从吸积盘滑出的物质组成的,这些物质在经过不归路点之前就合并成大块。以人马座A*为例,这些巨大的碎片以每小时2000万英里的速度喷射到我们的星系中。希望它永远不要太靠近我们的太阳系。
5. 超大质量黑洞也会产生恒星,并决定一个星系有多少颗恒星
就像行星大小的碎片从吸积盘中被排出一样,最近的一项发现表明,巨大的黑洞偶尔会释放出足够的物质来形成全新的恒星。更值得注意的是,有些甚至降落在深空,远远超出了它们的起源星系。
2018年发表在《自然》杂志上的一项研究表明,超大质量黑洞不仅能产生新的恒星,还能通过直接影响恒星形成过程停止的速度来控制星系拥有恒星的数量。奇怪的是,恒星的形成在中心有较小黑洞的星系中停止得更快。
6. 凝视深渊是可能的
新的视界望远镜——由世界上9个分辨率最高的望远镜提供动力——最近首次拍摄了两个黑洞周围视界的照片。一个是我们自己的人马座A*,另一个是位于5300万光年外的梅西耶87,5300万光年中心的超大质量黑洞。后者的照片,现在被称为Powehi,在2019年4月震惊了天文学家,但这张照片也引起了人们对黑洞长什么样子以及驱动它们的令人费解的物理定律的新兴趣。
7. 又一个黑洞令人费解的问题
南非的天文学家最近偶然发现了一个遥远的空间区域,在那里,几个星系中的超大质量黑洞朝着同一个方向排列。也就是说,它们的气体排放就像它们被设计成同步的一样。目前的理论无法解释相隔3亿光年的黑洞是如何协同行动的。事实上,研究人员说,唯一可能的情况是,如果这些黑洞在同一个方向上旋转——这可能发生在宇宙早期星系形成的过程中。