“黑洞”是什么？它到底有多大？

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，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形体，同时也压缩了内部的空间和时间。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。根据黑洞本身的物理特性质量，角动量，电荷划分，可以将黑洞分为五类，正是不旋转不带电荷的黑洞，不旋转带电黑洞，旋转不带电黑洞，一般黑洞：称克尔-纽曼黑洞，双星黑洞五种。

超大质量黑洞会与周围的行星互动的。对周围的恒星也是有影响的。黑洞是现代广义相对论，存在于宇宙空间中的一种天体。黑洞的引力极其强大，他的逃逸速度大于光速。黑洞无法直接观测，但可以借由间接方式得知其存在与质量，并且观测到它对其他事物的影响。

黑洞不是洞，也不是一颗类似地球的星球，而是一个几乎空空如也的天区。它的特征是一个空间区域，这个区域的边界被称为视界。黑洞中的物质不是平均分布在这个空间区域内的，而是集中在天区的中心。黑洞的中心是奇点，是死亡恒星的质量被压缩到一个体积无限小和无限密度的单一点，正是这个奇点产生了黑洞强大的引力场。这个中心具有极强的引力，一旦不慎越过边界，就会被强大的引力拽向中心化为粉末，落到黑洞中心，最终被黑洞吞噬。由高质量而产生的引力，使得靠近它的任何物体都会被吸进去，甚至连光都无法逃脱。

黑洞会发出耀眼的光芒，体积会缩小，甚至会爆炸，会喷射物体，发出耀眼的光芒。超大质量黑洞被大量恒星的光芒所阻挡，而且距离又非常远，我们很难透过那些亮光看到黑洞。

黑洞就是超大恒星产生的物质，是一种密度非常大的星球，它可以吸纳一切，黑洞里是看不到边界的，黑洞中的引力是不会放过任何东西的

所谓黑洞，就是指一些引力场很强的天体。当一些物质在进入黑洞时候，会发射出强烈的X射线，这些X射线是黑洞的特征射线，其他天体在剧烈活动的时候很难产生这种射线。天文学家根据这些特征，来判断一块太空区域是不是存在着神秘的黑洞。

黑洞理论的推论认为，黑洞的奇点是体积无限小，密度无限大，时空极度弯曲的，我们已知的物理法则在这里不适用的，但是所有黑洞的奇点都一样大吗？都是体积无限小吗？这样的推论也难以成立。

黑洞black hole 一团物质,如果其引力场强大到足以使时空完全弯曲而围绕它自身,因而任何东西,甚至连光都无法逃逸,就叫做黑洞不太多的物质被压缩到极高密度(例如将地球压缩到一粒豌豆大小),或者,极大的一团较低密度物质(例如几百万倍于太阳的质量分布在直径与太阳系一样的球中,大致具有水的密度),都能出现这种情形 第一位提出可能存在引力强大到光线不能逃离的'黑洞'的人是皇家学会特别会员约翰·米切尔,他于1783年向皇家学会陈述了这一见解米切尔的计算依据是牛顿引力理论和光的微粒理论前者是当时最好的引力理论后者则把光设想为有如小型炮弹的微小粒子(现在叫做光子)流米切尔假定,这些光粒子应该像任何其他物体一样受到引力的影响由于奥利·罗默(Ole Romer)早在100多年前就精确测定了光速所以米切尔得以计算一个具有太阳密度的天体必须多大,才能使逃逸速度大于光速 如果这样的天体存在,光就不能逃离它们,所以它们应该是黑的太阳表面的逃逸速度只有光速的02%,但如果设想一系列越来越大但密度与太阳相同的天体,则逃逸速度迅速增高米切尔指出,直径为太阳直径500倍的这样一个天体(与太阳系的大小相似),其逃逸速度应该超过光速 皮埃尔·拉普拉斯(Pierre Laplace)独立得出并于1796年发表了同样的结论米切尔在一次特具先见之明的评论中指出,虽然这样的天体是看不见的,但'如果碰巧任何其他发光天体围绕它们运行,我们也许仍有可能根据这些绕行天体的运动情况推断中央天体的存在换言之,米切尔认为,如果黑洞存在于双星中,那将最容易被发同但这一有在黑星的见解在19世纪被遗忘了,直到天文学家认识到黑洞可经由另一途径产生,在研讨阿尔伯特·爱因斯坦的广义相对论时才重新提起 第一次世界大战时在东部战线服役的天文学家卡尔·史瓦西(Karl Schwarzschild)是最先对爱因斯坦理论结论进行分析的人之一广义相对论将引力解释为时空在物质近旁弯曲的结果史瓦西计算了球形物体周围时空几何特性的严格数学模型,将它的计算寄给爱因斯坦,后者于1916年初把它们提交给普鲁士科学院这些计算表明,对'任何'质量者存在一个临界半径,现在称为史瓦西半径,它对应时空一种极端的变形,使得如果质量被挤压到临界半径以内,空间将弯曲到围绕该物体并将它与宇宙其余部分隔断开来它实际上成为了一个自行其是的独立的宇宙,任何东西(光也在内)都无法逃离它 对于太阳史瓦西半径是公里对于地球,它等于088厘米这并不意味太阳或地球中心有一个大小合适现在称为黑洞(这个名词是1967年才首次由约翰·惠勒用于这一含义的东西存在在离天体中心的这一距离上,时空没有任何反常史瓦西计算表明的是,如果太阳被挤压进半径29公里的球内,或者,如果地球被挤压进半径仅088厘米的球内,它们就将永远在一个黑洞内而与外部宇宙隔离物质仍然可以掉进这样一个黑洞但没东西能够逃出来 这些结论被看成纯粹数学珍藏品达数十年之久，因为没有人认为真正的、实在的物体能够坍缩到形成黑洞所要求的极端密度。1920年代开始了解了白矮星，但即使白矮星也拥有与太阳大致相同的质量而大小却与地球差不多，其半径远远大于3公里。人们也未能及时领悟到，如果有大量的一般密度物质，也可以造出一个本质上与米切尔和拉普拉斯所想像的相同的黑洞。与任意质量M对应的史瓦西半径由公式2GM/c2给出，其中G是引力常数。c是光速。 1930年代，萨布拉曼扬·昌德拉塞卡（Subrahmanyan Chandrasekhar）证明，即使一颗白矮星，也仅当其质量小于14倍太阳质量时才是稳定的，任何死亡的星如果比这更重，必将进一步坍缩。有些研究家想到了这也许会导致形成中子星的可能性，中子星的典型半径仅约白矮星的1/700，也就是几公里大小。但这个思想一直要等到1960年代中期发现脉冲星，证明中子星确实存在之后，才被广泛接受。 这重新燃起了对黑洞理论的兴趣，因为中子星差不多就要变成黑洞了。虽然很难想像将太阳压缩到半径29公里以内，但现在已经知道存在质量与太阳相当、半径小于10公里的中子星，从中子星到黑洞也就一步之遥了。 理论研究表明，一个黑洞的行为仅由其三个特性所规定——它的质量、它的电荷和它的自转（角动量）。无电荷、无自转的黑洞用爱因斯坦方程式的史瓦西解描述；有电荷、无自转的黑洞用赖斯纳—诺德斯特罗姆解描述；无电荷、有自转的黑洞用克尔解描述；有电荷、有自转的黑洞用克尔—纽曼解描述。黑洞没有其他特性，这已由‘黑洞没有毛发’这句名言所概括。现实的黑洞大概应该是自转而无电荷，所以克尔解最令人感兴趣。 现在都认为，黑洞和中子星都是在磊质量恒星发生超新星爆发时的临死挣扎中产生的。计算表明，任何质量大致小于3倍太阳质量（奥本海默—弗尔科夫极限）的至密超新星遗迹可以形成稳定的中子星，但任何质量大于这一极限的致密进退新星遗迹将坍缩为黑洞，其内容物将被压进黑洞中心的奇点，这正好是宇宙由之诞生的大爆炸奇点的镜像反转。如果这样一个天体碰巧在绕一颗普通恒星的轨道上，它将剥夺伴星的物质，形成一个由向黑洞汇集的热物质构成的吸积盘。吸积盘中的温度可以升至极高，以致它能辐射X射线，而使黑洞可被探测到。 1970年代初，米切尔的预言有了反响：在一个双星系统中发现了这样一种天体。一个叫做天鹅座X—1的X射线源被证认为恒星HDE226868。这个系统的轨道动力学特性表明，该源的X射线来自围绕可见星轨道上一个比地球小的天体，但源的质量却大于奥本海默—弗尔科夫极限。这只可能是一个黑洞。此后，用同一方法又证认了其他少数几个黑洞。而1994年天鹅座V404这个系统成为迄今最佳黑洞‘候选体’，这是一个质量为太阳质量70%的恒星围绕大约12倍太阳质量的X射线源运动的系统。但是，这些已被认可的黑洞证认大概不过是冰山之尖而已。 这种‘恒星质量’黑洞，正如米切尔领悟的，只有当它们在双星系统中时才能探测到。一个孤立的黑洞无愧于它的名称——它是黑暗的、不可探测的。然而，根据天体物理学理论，很多恒星应该以中子星或黑洞作为其生命的结束。观测者在双星系统中实际上探测到的合适黑洞候选者差不多与他们发现的脉冲双星一样多，这表示孤立的恒星质量黑洞数目应该与孤立的脉冲星数目相同，这一推测得到了理论计算的支持。 我们银河系中现在已知大约500个活动的脉冲星。但理论表明，一个脉冲星作为射电源的活动期是很短的，它很快衰竭成无法探测的宁静状态。所以，相应地我们周围应该存在更多的‘死’脉冲星（宁静中子星）。我们的银河指法含有1000亿颗明亮的恒星，而且已经存在了数十亿年之久。最佳的估计是，我们银河指法今天含有4亿个死脉冲星，而恒星质量黑洞数量的甚至保守估计也达到这一数字的�0�4——1亿个。如果真有这么多黑洞，而黑洞又无规则地散布在银河系中的话，则最近的一个黑洞也离我们仅仅15光年。既然我们银河系没有什么独特之处，那么宇宙中每个其他的星系也应该含有同样多的黑洞。Ic 星系也可能含有某种很像米切尔的拉普拉斯最初设想的‘黑星’的天体。这样的天体现在称为‘特大质量黑洞’，被认为存在于活动星系和类星体的中心，它们提供的引力能可能解释这些天体的巨大能量来源。一个大小如太阳系、质量数百万倍于太阳质量的黑洞，可以从周围每年食掉一到两颗恒星的物质。在这个过程中，很大一部分恒星质量将遵照爱因斯坦分工E=mc2转变成能量。宁静的超大质量黑洞可能存在于包括我们银河系在内的所有星系星系的中心。 1994年，利用哈勃空间望远镜，在离我们银河系1500万秒差距的星系M87中，发现了一个大小约15万秒差距的热物质盘，在绕该星系中心区运动，速率达到约2百万公里每小时（约510-7 5乘于10的7次方，厘米/秒，几乎是光速的02%）。从M87的中心‘引擎’射出一条长度超过1千秒差距的气体喷流。M87中心吸积盘中的轨道速率决定性地证明，它是一个拥有30亿倍太阳质量的超大质量黑洞引力控制之下，喷流则可解释为从吸积系统的一个极区涌出来的能量。 也是在1994年，牛津大学和基尔大学的天文学家，在称为天鹅座V404的双星系统中证认了一个恒星质量黑洞。我们已经指出，该系统的轨道参数使他们得以给黑洞准确‘量体重’，得出黑洞质量约为太阳的12倍，而围绕它运动的普通恒星仅有太阳质量的70%左右。这是迄今对‘黑星’质量有最精确测量，因而它也是关于黑洞存在的最佳的、独特的证明 有人推测，大爆炸中可能已经产生了大量的微黑洞或原始黑洞，它们提供了宇宙质量的相当大部分。这种微黑洞典型大小同一个原子相当，质量大概是1亿吨（10-11， 10的11次方千克）。没有证据表示这种天体确实存在，但也很难证明它们不存在。

宇宙中最大的黑洞有多大？很多人都好奇这个问题，就好像想知道最大的恒星有多大一样！

太阳是太阳系中的统治者，它的质量占了整个太阳系可见物质的9986%，地球、木星（相当于地球质量的318倍）、土星（相当于地球质量的96倍）等八大行星加起来，再加上小行星、卫星和彗星等天体，总质量才占到了014%，可见太阳有多么巨大了。

但是太阳这样质量的恒星在宇宙中只能算一般，夜晚我们放眼星空，能看到的恒星几乎每一个都比太阳更大，因为比太阳小的恒星发出的光都比较弱，只有几颗距离特别近的能看得到，绝大部分都是看不到的，而夜空中最亮的恒星天狼星是太阳质量的21倍，这还是因为它距离我们很近的原因，只有86光年，已知质量最大恒星是位于大麦哲伦星系的R136a1，质量高达太阳能265~315倍，这是一个实力爆棚的恒星，但是它的体积却不是最大，不过也仍然有太阳的3万多倍大。

宇宙中还有很多“虚胖”的恒星，比如猎户座的参宿四，体积相当于4亿个太阳，著名的盾牌座UY的体积是太阳的45亿倍，但如今体积最大的恒星是史蒂芬森2-18，堪比100亿个太阳，不过它们的质量并不是很大，一般都在太阳质量的30倍以下。

但无论是体积还是质量，巨型恒星在巨型黑洞面前也都是“小巫见大巫”，银河系中心黑洞人马座a的质量是太阳的431万倍，仙女座星系中心黑洞质量是太阳的1亿倍，第1个被科学家拍到照片的黑洞，M87星系中心黑洞的质量是太阳的66亿倍，喜欢天文的朋友应该都知道巨型黑洞Ton618，它才是大名鼎鼎的“黑洞之王”。

Ton618黑洞的质量是太阳的660亿倍，被认为是宇宙中最大的单一天体，堪比银河系总质量的1/23，是银河系中型黑洞质量的15,500多倍，比很多小型星系的质量还大，比如它是银河系的近邻大麦哲伦星系质量的66倍，相当于已知最小星系赛格瑞2质量的十余万倍，它的强大引力使得它每天都能吞噬掉相当于91个地球质量的物质。

天文学家是由氢β射线的关联性推估出Ton 618的巨大质量的，其距离我们远达104亿光年，但是在天文望远镜中仍然能看到它明亮的身影，而且是在上世纪60年代就发现了它。据测算，Ton618直径达4000亿公里，比体积最大恒星史蒂芬森2-18大多了，是后者的数百万倍。

然而随着天文观测技术的进步，科学家又发现了更大的巨型黑洞SDSS J07373996+3844132，它的质量是太阳的1040亿倍，是Ton618质量的157倍，直径是地球到太阳距离的2053倍，大约是6118亿公里，是 Ton618直径的153倍，这个黑洞巨无霸是天文学家们通过镁元素的一次电离发射线关联性推估出来的，以前关于他的信息和数据都还很少，详情还有待于后续观察。

2020年5月份，芬兰科学家又发现了一个更大的黑洞，名为SDSS J14082167+0257332，距离太阳系约35亿光年，处于OJ287类星体的中心位置，这里有两个巨大黑洞，较小的黑洞质量为太阳的1亿倍，每12年围绕较大黑洞（SDSS J14082167+0257332）运行一周，较大黑洞质量为太阳的1960亿倍（但另一说法为太阳的180亿倍），也就是说它几乎相当于Ton618质量的3倍大了，堪称新的“黑洞之王”，排起来Ton618算是已“退居三线”了。

这样的黑洞是如何形成的呢？推测它和Ton618、M87中心黑洞，以及银河系中心黑洞一样，都形成于宇宙之初，是几乎与宇宙同龄的“原生黑洞”。

参考资料：

《环球网》2020年5月20日文章《科学家又发现一个巨型黑洞，比Ton618还大》

万事万物皆有其度，一旦过度就会发生质的变化，宇宙天体也遵循这个道理。但是黑洞的“度”却仍让我们琢磨不透。

黑洞小到可以成为基本粒子，大到我们还不知道它的限度在哪里！

物理学家们分析足够强大的强子对撞机里面的一些粒子进行对撞的时候，很有可能撞出基本粒子级的黑洞，这种黑洞小到比原子还要小得多，甚至可以说比夸克都要小得多，这样的黑洞寿命也很短，它们产生之后会在极短的时间中通过霍金辐射蒸发掉。

但是宇宙间的黑洞质量都很巨大，它们大致可以分成两种，一种恒星级黑洞，一种是星系级黑洞，恒星级黑洞都是通过大质量恒星发生超新星爆发之后产生的，最小的恒星级黑洞的质量也在太阳的三倍以上；而星系级黑洞则直接产生宇宙之初，是由当时宇宙中物质极度密集的区域中直接形成的，这类黑洞大都质量巨大，它们之后大都成为了星系的中心，也可以说它们是星系的缔造者。

已知最大的黑洞是Ton618，这是一个类星体黑洞，中心黑洞的质量大约为太阳的660亿倍，但是它的外围是围绕它高速旋转的吸积盘，这个吸积盘发着极其明亮的光，光度是太阳的150万亿倍，至少相当于2000个银河系的亮度。

但是很显然，660亿倍太阳质量并非黑洞的质量上限，天文物理学家们也说不清黑洞的质量上限到底在哪里？但是万事万物总会有个限度，黑洞虽然可以不断吸收物质，但它的质量不断的增加，总会有一个限度导致它不能承受，这时候黑洞就有可能发生爆炸。

没有人知道黑洞的质量上限，但是却有人将黑洞联系到宇宙的诞生上，宇宙大爆炸理论认为，我们的宇宙诞生于一个奇点，这个奇点汇聚了宇宙的能量和质量，在某一刻它发生了巨大的爆炸，我们的宇宙由此诞生，时间也从此开始。

巧合的是，如果我们将宇宙的质量代入计算黑洞的史瓦西半径公式会发现，如果我们的宇宙是一个黑洞的话，那么这个黑洞将比我们所在的可观测宇宙还要大一些（我们的宇宙有一部分不可观测）。

天文学家们推测黑洞的中心会有一个奇点，这个起点汇聚了黑洞中的绝大部分物质和能量，将它和宇宙大爆炸的奇点联系起来，会让人觉得它们的性质在某些方面十分相似。

因此也有人猜测我们的宇宙很可能是黑洞中的奇点发生爆炸形成的，由于这个起点吸收了太多的物质，达到了黑洞所能承受的质量上限，所以才发生了大爆炸，产生了我们的宇宙，这种假说有一定的合理性，所以也有人揣测黑洞的质量上限或者和我们的宇宙总质量差不多，当然这种猜想还需要理论物理的推理和天文方面的观测来验证。

黑洞的质量有大有小，但形成黑洞所需的质量最少是3个太阳质量。也就是说，黑洞的最小质量也必须超过3倍太阳。最大的黑洞则没有上限，目前已确定的最大黑洞质量是m87星系中心的超大质量黑洞，为太阳的200亿倍。而我们虽然知道ic-1011星系中心的黑洞肯定大过m87，但是目前还没有探测出一个具体的数值。