宇宙黑洞

黑洞是一种引力极强的天体，就连光也不能逃脱。当恒星的史瓦西半径小到一定程度时，就连垂直表面发射的光都无法逃逸了。这时恒星就变成了黑洞。说它“黑”，是指它就像宇宙中的无底洞，任何物质一旦掉进去，“似乎”就再不能逃出。由于黑洞中的光无法逃逸，所以我们无法直接观测到黑洞。然而，可以通过测量它对周围天体的作用和影响来间接观测或推测到它的存在。黑洞引申义为无法摆脱的境遇。2011年12月，天文学家首次观测到黑洞“捕捉”星云的过程。

　黑洞[1][2]的产生过程类似于中子星的产生过程；恒星的核心在自身重力的作用下迅速地收缩，塌陷，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星体，同时也压缩了内部的空间和时间。但在黑洞[3]情况下，由于恒星核心的质量大到使收缩过程无休止地进行下去，中子本身在挤压引力自身的吸引下被碾为粉末，剩下来的是一个密度高到难以想象的物质。由于高质量而产生的力量，使得 黑洞

任何靠近它的物体都会被它吸进去。黑洞开始吞噬恒星的外壳，但黑洞并不能吞噬如此多的物质，黑洞会释放一部分物质，射出两道纯能量——伽马射线。　也可以简单理解：通常恒星的最初只含氢元素，恒星内部的氢原子时刻相互碰撞，发生聚变。由于恒星质量很大，聚变产生的能量与恒星万有引力抗衡，以维持恒星结构的稳定。由于聚变，氢原子内部结构最终发生改变，破裂并组成新的元素——氦元素。接着，氦原子也参与聚变，改变结构，生成锂元素。如此类推，按照元素周期表的顺序，会依次有铍元素、硼元素、碳元素、氮元素等生成。直至铁元素生成，该恒星便会坍塌。这是由于铁元素相当稳定不能参与聚变，而铁元素存在于恒星内部，导致恒星内部不具有足够的能量与质量巨大的恒星的万有引力抗衡，从而引发恒星坍塌，最终形成黑洞。说它“黑”，是指它就像宇宙中的无底洞，任何物质一旦掉进去，就再不能逃出。跟白矮星和中子星一样，黑洞可能也是由质量大于太阳质量好几倍以上的恒星演化而来的。　当一颗恒星衰老时，它的热核反应已经耗尽了中心的燃料（氢），由中心产生的能量已经不多了。这样，它再也没有足够的力量来承担起外壳巨大的重量。所以在外壳的重压之下，核心开始坍缩，物质将不可阻挡地向着中心点进军，直到最后形成体积无限小、密度无限大的星体。而当它的半径一旦收缩到一定程度（一定小于史瓦西半径），质量导致的时空扭曲就使得即使光也无法向外射出——“黑洞”诞生了。

编辑本段表现形式

　　恒星的时空扭曲改变了光线的路径，使之和原先没有恒星情况下的路径不一样。光在恒星表面附近稍微向内偏 黑洞

折，在日食时观察远处恒星发出的光线，可以看到这种偏折现象。当该恒星向内坍塌时，其质量导致的时空扭曲变得很强，光线向内偏折得也更强，从而使得光线从恒星逃逸变得更为困难。对于在远处的观察者而言，光线变得更黯淡更红。最后，当这恒星收缩到某一临界半径（史瓦西半径）时，其质量导致的时空扭曲变得如此之强，使得光向内偏折得这么也如此之强，以至于光线再也逃逸不出去 。这样，如果光都逃逸不出来，其他东西更不可能逃逸，都会被拉回去。也就是说，存在一个事件的集合或时空区域，光或任何东西都不可能从该区域逃逸而到达远处的观察者，这样的区域称作黑洞。将其边界称作事件视界，它和刚好不能从黑洞逃逸的光线的轨迹相重合。

黑洞(20张)　　与别的天体相比，黑洞十分特殊。人们无法直接观察到它，科学家也只能对它内部结构提出各种猜想。而使得黑洞把自己隐藏起来的的原因即是弯曲的时空。根据广义相对论，时空会在引力场作用下弯曲。这时候，光虽然仍然沿任意两点间的最短光程传播，但相对而言它已弯曲。在经过大密度的天体时，时空会弯曲，光也就偏离了原来的方向。　在地球上，由于引力场作用很小，时空的扭曲是微乎其微的。而在黑洞周围，时空的这种变形非常大。这样，即使是被黑洞挡着的恒星发出的光，虽然有一部分会落入黑洞中消失，可另一部分光线会通过弯曲的空间中绕过黑洞而到达地球。观察到黑洞背面的星空，就像黑洞不存在一样，这就是黑洞的隐身术。　更有趣的是，有些恒星不仅是朝着地球发出的光能直接到达地球，它朝其它方向发射的光也可能被附近的黑洞的强引力折射而能到达地球。这样我们不仅能看见这颗恒星的“脸”，还同时看到它的“侧面”、甚至“后背”，这是宇宙中的“引力透镜”效应。　图注一：这张红外波段图像拍摄的是我们所居住银河系的中心部位，所有银河系的恒星都围绕银心部位可能存在的一个超大质量黑洞公转。 版权：ESO/S Gillessen et al

北京时间1月1日消息，据美国太空网报道，一项新的研究显示，宇宙中最大质量的黑洞开始快速成长的时期可能比科学家原先的估计更早，并且现在仍在加速成长。　一个来自以色列特拉维夫大学的天文学家小组发现，宇宙中最大质量黑洞的首次快速成长期出现在宇宙年龄约为12亿年时，而非之前认为的20~40亿年。天文学家们估计宇宙目前的年龄约为136亿年。　同时，这项研究还发现宇宙中最古老、质量最大的黑洞同样具有非常快速的成长。有关这一发现的详细情况将发表在最新一期的《天体物理学报》。　1巨型黑洞　宇宙中大部分星系，包括我们居住的银河系的中心都隐藏着一个超大质量黑洞。这些黑洞质量大小不一，从约100万个太阳质量到大约100亿个太阳质量。　天文学家们通过探测黑洞周围吸积盘发出的强烈辐射推断这些黑洞的存在。物质在受到强烈黑洞引力下落时，会在其周围形成吸积盘盘旋下降，在这一过程中势能迅速释放，将物质加热到极高的温度，从而发出强烈辐射。黑洞通过吸积方式吞噬周围物质，这可能就是它的成长方式。　这项最新的研究采用了全世界最先进的地基观测设施，包括位于美国夏威夷莫纳克亚山顶，海拔4000多米处的北双子座望远镜，位于智利帕拉那山的南双子座望远镜，以及位于美国新墨西哥州圣阿古斯丁平原上的甚大阵射电望远镜。　2大质量黑洞的成长　观测结果显示，出现在宇宙年龄仅为12亿年时的活跃黑洞，其质量要比稍后出现的大部分大质量黑洞质量小10倍。但是它们的成长速度非常快，因而现在它们的质量要比后者大得多。通过对这种成长速度的测算，研究人员可以估算出这些黑洞天体之前和之后的发展路径。　该研究小组发现，那些最古老的黑洞，即那些在宇宙年龄仅为数亿年时便开始进入全面成长期的黑洞，它们的质量仅为太阳的100到1000倍。研究人员认为这些黑洞的形成和演化可能和宇宙中最早的恒星有关。　天文学家们还注意到，在最初的12亿年后，这些被观测的黑洞天体的成长期仅仅持续了1亿到两亿年。　这项研究是一个已持续7年的研究计划的成果。特拉维夫大学主持的这项研究旨在追踪研究宇宙中最大质量黑洞的演化，并观察它们对宿主星系产生的影响。　3黑洞的好处（别认为他只会是破坏者）　在用天文仪器探究后，发现在银河系核心部，有上10个黑洞，所产生的引力不堪设想，它们的能量相当大，可以产生一种能量束，产生一种气体，经数十亿年之后，便形成了星云，由星云便产生了行星。　4已知最大的黑洞　美国加州大学伯克利分校华裔天文学家马中佩带领一个科研小组，最近发现了科学界迄今所知最大的两个黑洞。它们分别位于NGC 3842和NGC 4889星系，属银河系的中心地带，距离地球约27万光年，每个质量约为太阳的100亿倍。

　黑洞通常是因为它们聚拢周围的气体产生辐射而被发现的，这一过程被称为吸积。高温气体辐射热能的效率会严重影响吸积流的几何与动力学特性。目前观测到了辐射效率较高的薄 黑洞拉伸，撕裂并吞噬恒星

盘以及辐射效率较低的厚盘。当吸积气体接近中央黑洞时，它们产生的辐射对黑洞的自转以及视界的存在极为敏感。对吸积黑洞光度和光谱的分析为旋转黑洞和视界的存在提供了强有力的证据。数值模拟也显示吸积黑洞经常出现相对论喷流也部分是由黑洞的自转所驱动的。　天体物理学家用“吸积”这个词来描述物质向中央引力体或者是中央延展物质系统的流动。吸积是天体物理中最普遍的过程之一，而且也正是因为吸积才形成了我们周围许多常见的结构。在宇宙早期，当气体朝由暗物质造成的引力势阱中心流动时形成了星系。即使到了今天，恒星依然是由气体云在其自身引力作用下坍缩碎裂，进而通过吸积周围气体而形成的。行星（包括地球）也是在新形成的恒星周围通过气体和岩石的聚集而形成的。但是当中央天体是一个黑洞时，吸积就会展现出它最为壮观的一面。然而黑洞并不是什么都吸收的，它也往外边散发质子。

蒸发

　　由于黑洞的密度极大，根据公式我们可以知道密度=质量/体积，为了 黑洞喷射物不断变亮

让黑洞密度无限大，那就说明黑洞的体积要无限小，然后质量要无限大，这样才能成为黑洞。黑洞是由一些恒星“灭亡”后所形成的死星，它的质量极大，体积极小。但黑洞也有灭亡的那天，按照霍金的理论，在量子物理中，有一种名为“隧道效应”的现象，即一个粒子的场强分布虽然尽可能让能量低的地方较强，但即使在能量相当高的地方，场强仍会有分布，对于黑洞的边界来说，这就是一堵能量相当高的势垒，但粒子仍有可能出去。

毁灭

　　黑洞会发出耀眼的光芒，体积会缩小，甚至会爆炸。当英国物理学家史迪芬·霍金于1974年做此预言时，整个科学界为之震动。　霍金的理论是受灵感支配的思维的飞跃，他结合了广义相对论和量子理论。他发现黑洞周围的引力场释放出能量，同时消耗黑洞的能量和质量。　假设一对粒子会在任何时刻、任何地点被创生，被创生的粒子就是正粒子与反粒子，而如果这一创生过程发生在黑洞附近的话就会有两种情况发生：两粒子湮灭、一个粒子被吸入黑洞。“一个粒子被吸入黑洞”这一情况：在黑洞附近创生的一对粒子其中一个反粒子会被吸入黑洞，而正粒子会逃逸，由于能量不能凭空创生，我们设反粒子携带负能量，正粒子携带正能量，而反粒子的所有运动过程可以视为是一个正粒子的为之相反的运动过程，如一个反粒子被吸入黑洞可视为一个正粒子从黑洞逃逸。这一情况就是一个携带着从黑洞里来的正能量的粒子逃逸了，即黑洞的总能量少了，而爱因斯坦的公式E=mc^2表明，能量的损失会导致质量的损失。　当黑洞的质量越来越小时，它的温度会越来越高。这样，当黑洞损失质量时，它的温度和发射率增加，因而它的质量损失得更快。这种“霍金辐射”对大多数黑洞来说可以忽略不计，因为大黑洞辐射的比较慢，而小黑洞则以极高的速度辐射能量，直到黑洞的爆炸。

按物理性质划分　根据黑洞本身的物理特性质量，角动量，电荷划分，可以将黑洞分为四类。　不旋转不带电荷的黑洞：它的时空结构于1916年由施瓦西求出称施瓦西黑洞。　不旋转带电黑洞：称R-N黑洞。时空结构于1916至1918年由赖斯纳（Reissner）和纳自敦（Nordstrom）求出。　旋转不带电黑洞：称克尔黑洞。时空结构由克尔于1963年求出。　一般黑洞：称克尔-纽曼黑洞。时空结构于1965年由纽曼求出。　双星黑洞：与其他恒星一块形成双星的黑洞。 克尔-纽曼黑洞的特点　转动且带电荷的黑洞，叫做克尔--纽曼黑洞。这种结构的黑洞视界和无限红移面会分开，而且视界会分为两个（外视界r+和内视界r-），无限红移面也会分裂为两个（rs+和rs-） 。外视界和无限红移面之间的区域叫做能层，有能量储存在那里。越过外无限红移面的物体仍有可能逃离黑洞，这是因为能层还不是单向膜区。　r±=M±√(M^2-a^2-Q^2)　rs±=M±√(M^2-a^2cos^2·θ-Q^2)　r±=GM/c^2±√[(GM/c^2)^2-(J/Mc)^2-GQ^2/c^4]　(其中，M、J、Q分别代表黑洞的总质量、总角动量和总电荷。a=J/Mc为单位质量角动量)　单向膜区内，r为时间，t是空间。穿过外视界进入单向膜区得物体，将只能向前，穿过内视界进入黑洞内部。内视界以里的区域不是单向膜区，那里有一个“奇环”，也就是时间终止的地方。物体可以在内视界内自由运动，由于奇环产生斥力，物体不会撞上奇环，不过，奇环附近有一个极为有趣的时空区，在那里存在“闭合类时线”，沿这种时空曲线运动的物体可以不断地回到自己的过去。

如果宇宙中能量最强的光源碰到连光线都能吞噬的黑洞，会发生什么？两者的碰撞会让时光倒流吗？黑洞是宇宙中最恐怖的存在，大多数都是超级恒星死亡后塌陷形成的，它们的重力非常的大，能够吞噬周围的一切，包括光线。整个黑洞的质量都被压缩到一个被称为起点的点上，在这个无限小的起点里，空间和时间的概念直接崩溃。而伽马射线也是宇宙中最强的存在，它的爆发是宇宙中最强也是最亮的爆炸，仅仅只需要一秒钟，伽马射线爆发释放出来的能量就能超过我们的太阳在整个生命周期，也就是100亿年内所释放的能量。那么如果他们发生了碰撞，空间和时间的概念会不会被打破？

其实黑洞和伽马射线在宇宙中经常发生碰撞，黑洞在诞生的时候会释放出一束伽马射线，这股射线在爆发的时候会向整个宇宙各个方向平均散射。在这个过程中，肯定会有一些伽马射线会遇到一个或者两个黑洞，而这种射线的爆发大约每天会发生一次，不过闪烁的时间很短，一般不会超过两秒，不过有的也可以持续30秒的时间。影响时间长短的原因就是造成伽马射线爆发的原因，比如两颗中子星碰撞形成黑洞时爆发的伽马射线，或者超新星爆炸塌陷形成黑洞的时候。那么我们能够观察到这种现象吗？

人类的眼睛能够看到比太阳光这一百万万亿的超级爆炸吗？虽然有些光子的光谱恰好在我们的眼睛能够观察的范围之内，但是伽马射线的频率太高，我们的眼睛是无法欣赏这种美丽的，而且如果你真的能够看到，那么这种射线也会瞬间让你失明，同时你也听不到爆炸产生的声音，因为声音无法在真空中传播，声音的传播必须依靠空气中的粒子形成介质来携带声波。不过NASA依靠技术将伽马射线的频率转化为我们能够听到的声音，有种大提琴和钢琴的合奏，大概没有人能够想到宇宙中最大的爆炸声音居然如此柔和，但是如果你试图在伽马射线爆发时靠近，那么结局绝对凄惨无比。

首先伽马射线爆与伽马射线爆是不同的。有的类星体（黑洞属于类星体）在吞噬物质时会一下子吞不了那么多，多余的物质会以伽马射线爆的形式喷射出来。说句实话，暗能量还未定论，无法比较。而且三者互相影响，谈不上谁更厉害。

当人类仰望星空时，总会充满向往和好奇，广袤的宇宙中到底蕴藏了多少未解之谜。随着人类科技的发展，也正逐步揭开宇宙的面纱。浩瀚的宇宙中，存在着数以亿万计的形体，包括类似太阳系中的恒星、行星、卫星等。其中，对于恒星的消逝也是研究的方向之一。恒星爆炸会产生巨大的能量，其中的伽马射线的威力会是怎样的呢。

恒星爆炸，一般称之为超新星爆发，是指的某些恒星在演化接近末期时经历的一种剧烈爆炸。这种爆炸都极其明亮，过程中所突发的电磁辐射经常能够照亮其所在的整个星系，并可持续几周至几个月才会逐渐衰减变为不可见。在这段期间内一颗超新星所辐射的能量可以与太阳在其一生中辐射能量的总和相媲美 。其中，会产出一种伽马射线暴，伽马射线暴是目前已知宇宙中最强的爆射现象。

伽马射线对于宇宙生命来说可不是好事，人类科虚假通过研究发现，一次伽玛射线暴能够杀死一定范围的宇宙生命，而且伽玛射线暴还有定期发生的规律，这对宇宙生命而言是个很不好的消息。这也许也就能在一定程度上，解释为何人类至今还没有发现其他的宇宙生命。

而对于我们地球和人类来说，也曾经与伽玛射线暴有过照面。科学家还发现，伽玛射线暴曾在5亿年前袭击过地球，并且导致当时大量的生命被灭绝，但地球也幸运地有些生命生存了下来。 综上可见，伽马射线的威力是有多么可怕。当然我们也并不用太担心，科学家表示，地球暂时不太可能再遇到一次同样的情况。另外，相信随着人类科技的进步，真的需要面对时，也能有办法去应对。

1月有两次“超级月亮”

2018年1月2日10时24分迎来了2018年的“最大满月”，此次最大满月的地心视直径约为3356角分。所谓“超级月亮”是月亮距离地球最近又恰逢满月的状况，月亮一年内要绕地球转12圈多，每个月都会经过近地点，最近的时候可能达到35万公里，一般情况下在36万至37万公里之间，所以这一现象比较常见。而当满月与经过近地点的时间相隔较近时，“超级满月”会显得格外大。

值得注意的是，在1月31日，“超级月亮”又将出现。天文学家介绍，一个月内出现两个满月，此时月亮距离近地点还相去不远，因此它也是“超级满月”，一个阳历月中出现两次“超级满月”，这是非常少见的。

2018年有4场流星雨值得关注

2018年流星雨预测每小时最大天顶流量超过40颗的有：1月4日的象限仪座流星雨、5月5日的宝瓶座η流星雨、8月13日的英仙座流星雨、12月14日的双子座流星雨。

象限仪座流星雨是出现在1月初的大流星雨。根据以往的极大情况，今年的极大时间可能在北京时间的1月4日6时左右，最佳状态下每小时天顶流星数（ZHR）在110颗左右。

不过天文学家指出，由于当天近满月，月亮光害严重，所以看到流星数目也相对少了，观察条件并不好。而宝瓶座η流星雨极大期小时天顶流量可达50，该流星雨今年恰逢亏凸月，月光影响严重，观察条件同样不佳。

8月13日的英仙座流星雨极大期小时天顶流量可达110，该流星雨活跃期在7月17日至8月24日，极大发生在8月13日4时至16时。该流星雨今年极大期恰逢近朔，月光干扰小，所以观察条件不错，同时，8月11日的新月为所有光学观测提供了一个完美的条件，在北半球中纬度的地方更有利于对英仙座流星雨的观测。

12月14日的双子座流星雨极大期期间小时天顶流量可达120，该流星雨活跃时段在12月4日至17日，今年的极大发生在北京时间12月14日20时30分。今年该流星雨极大期恰逢近上弦月，下半夜月亮已经落下，不受月光干扰，观察条件较好。

一年将现两场月全食

天文学家介绍，今年还将出现两次月全食的精彩天象。月全食是月食的一种，当月亮、地球、太阳完全在一条直线上的时候，地球在中间，整个月亮全部走进地球的影子里，月亮表面变成暗红色，形成月全食。

今年的第一次月全食出现在1月31日，也就是农历的腊月十五。全程初亏19时47分，食既20时51分，食甚21时29分（最大食分1321），生光22时07分，复圆23时11分。

这次月全食恰逢“超级月亮”发生，时间又是自傍晚开始，午夜前结束，观测效果非常好，观测时间也非常合适，堪称“五星级”的精彩天象。在我国，除新疆、西藏外，其他地区都是全程可见，而在新疆、西藏则可见“带食月出”。

第二次月全食在7月28日，正好是今年的“最小满月”发生之时。全程初亏2时24分，食既3时29分，食甚4时21分（最大食分1614），生光5时13分，复圆6时19分。西部、西南部可看到全过程，东部看到“带食而没”。

8月上演“带偏食日落”

今年还将有一次日偏食天象。日偏食是指当月球运行到地球与太阳之间，地球运行到月球的半影区时，地球有一部分被月球阴影外侧的半影覆盖的地区，在此地区所见到的太阳有一部分会被月球挡住的天文现象。

天文学家介绍，今年的日偏食发生在8月11日，我国大部分地区可见。该日18时左右日偏食从我国东北最北端开始，直到19时30分左右结束全程日偏食，我国东部一些地区会看见“带偏食日落”景观。

7月底火星“大冲”，错过要等17年

另一次非常值得关注的天象是发生在7月27日的火星“大冲”。火星冲日，就是火星位于日地连线上，并且和地球同位于太阳的一侧。而当火星在接近近日点时冲，则成为“大冲”，在太阳系的行星“大冲”之中，火星“大冲”是最为典型而壮观的。

今年的火星“大冲”发生在7月27日13时12分，亮度－28等，摩羯座。届时火星行至自2003年8月至2035年9月间与地球距离最近的位置，红色的火星既大又非常明亮。整个8月都将是2018年整夜观测火星的最佳时机。

除了火星“大冲”之外，今年还将出现木星冲日、土星冲日的天象，这是今年木星、土星最亮的时分。其中，木星冲日发生在5月9日8时38分，亮度－25等，天秤座。土星冲日发生在6月27日21时27分，亮度0等，人马座。

此外，今年还将出现两次距离很近的行星“相合”的天象。包括1月7日8时38分发生的火星合水星，火星在水星之南02°，日出前可观测，条件不错。而4月2日23时44分发生的火星合土星，火星在土星之南13°，日出前可见。

全年3次水星逆行，只是“视觉游戏”

除了严格意义上的天文现象以外，天文学家还解释了近年来在网络上颇受关注的“水逆”的由来，指出所谓“水逆”不是科学意义上的天文现象，而是出现在所谓的“星占”中的“术语”，而在天文领域，水星逆行的现象是极为正常且常见的。

天文学家介绍，水星逆行并非水星的实际运行方向反向，而只是一种视觉差。是由于地球、水星二者运行轨道角度差和绕转速度差，而在水星绕轨赶超地球时带来的视觉上的轨迹改变。

这种水星逆行的现象，每年都会发生3到4次，时间也是非常固定的前后持续20天左右。比如今年，水星就将发生3次逆行，第一次3月23日至4月15日，位于白羊座；第二次7月26日至8月19日，位于狮子座；第三次11月17日至12月7日，位于人马座、天蝎座。

那么所谓的“水逆”能不能被大家观测到呢？

天文学家指出，水星本来就很难观测，由于距离太阳太近，经常湮没在太阳的光辉中，与水星的逆行相比，金星、火星、木星的逆行都比较容易观测。今年（2018年）的6月26日到8月27日期间，火星在宝瓶座逆行；而10月5日到11月16日期间，金星会在天蝎座逆行。