黑洞聽起來非常復(fù)雜，有各種各樣奇怪的事情發(fā)生，比如，強(qiáng)烈的引力、空間結(jié)構(gòu)的扭曲、時(shí)間本身的扭曲。并且，黑洞沒有通常意義上的表面，在它周圍的空間中只有一個(gè)區(qū)域或邊界，但我們?nèi)匀粺o法直接看到。這個(gè)邊界被科學(xué)家們稱為事件視界，任何超越事件視界的東西都注定要被壓碎，因?yàn)樗絹碓缴钊氲胶诙吹囊?。?dāng)一顆恒星耗盡核燃料發(fā)生崩潰，若其核心或中心區(qū)域的質(zhì)量大于三個(gè)太陽，在被稱為黑洞的空間中，則沒有已知的核力可以防止核心形成深的重力扭曲。那么，吞噬物質(zhì)的黑洞到底是什么，它的增長(zhǎng)是否會(huì)受到限制？

黑洞的類型是否只有一種

通常，只要將足夠的物質(zhì)擠壓到足夠小的空間中，就會(huì)產(chǎn)生黑洞。有強(qiáng)有力的證據(jù)證明黑洞并不只有一種類型，除了常見的恒星黑洞以外，還有中質(zhì)量黑洞和超大質(zhì)量黑洞，它們之間最大的區(qū)別就在于質(zhì)量的懸殊。恒星黑洞和中質(zhì)量黑洞都是大質(zhì)量恒星演化的自然結(jié)果，但超大質(zhì)量黑洞的起源則仍是一個(gè)謎，它們只存在于星系中心。目前尚不清楚它們是形成于形成星系的氣體云的初始坍塌、來自恒星質(zhì)量黑洞的逐漸增長(zhǎng)、來自中心位置的黑洞群的合并，還是因?yàn)槠渌麢C(jī)制而形成。

關(guān)于恒星黑洞的質(zhì)量，因?yàn)樗@著看不見的伴星運(yùn)行，我們可以通過觀察恒星的軌道加速度來推斷。同樣的道理，通過使用圍繞中心黑洞旋轉(zhuǎn)的氣體云的軌道加速度，便可以確定超大質(zhì)量黑洞的質(zhì)量。當(dāng)軌道加速不能用于確定黑洞的質(zhì)量時(shí)，天文學(xué)家還可以通過測(cè)量落入黑洞物質(zhì)所產(chǎn)生的X射線光度，以對(duì)其質(zhì)量設(shè)置下限，因?yàn)榱鞒龅腦射線壓力必須小于流入物質(zhì)黑洞重力的拉力。比如，估算在距離M82星系中心約600光年的密集星團(tuán)中所發(fā)現(xiàn)的黑洞質(zhì)量，科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)該黑洞的質(zhì)量必須大于500倍太陽質(zhì)量，這比已知的恒星黑洞大得多，但又比超大質(zhì)量黑洞小得多，所以它被稱為中質(zhì)量黑洞。

而具有數(shù)百萬顆恒星質(zhì)量的超大質(zhì)量黑洞，則被認(rèn)為位于大多數(shù)大型星系的中心。通過光學(xué)和無線電觀測(cè)觀測(cè)表明，恒星或氣體云的速度急劇上升，環(huán)繞著星系中心，高軌道速度意味著巨大的東西正在形成一個(gè)強(qiáng)大的引力場(chǎng)，正在加速恒星。通過X射線觀測(cè)表明，可能是由于物質(zhì)進(jìn)入黑洞，在許多星系的中心產(chǎn)生了大量的能量。如何在銀河系的中心形成超大質(zhì)量黑洞？其中一個(gè)想法是，在數(shù)百萬年的過程中，一個(gè)單獨(dú)的星形黑洞形成并吞噬了大量物質(zhì)，以產(chǎn)生超大質(zhì)量黑洞。而另一種可能性則是形成了一簇星形黑洞，并最終合并成一個(gè)超大質(zhì)量黑洞，或者，單個(gè)大型氣體云坍塌形成了超大質(zhì)量黑洞。

黑洞是否可以無限制的增長(zhǎng)

只要物體的軌道大小遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于黑洞事件視界的直徑，它們便可以在沒有任何嚴(yán)重后果的情況下繞軌道運(yùn)行。關(guān)于這個(gè)安全繞行軌道值，對(duì)于恒星黑洞而言大約為30公里，而對(duì)于一個(gè)超大質(zhì)量黑洞而言則為數(shù)百萬公里。因此，如果任何物體距離太近，它的軌道將變得不再穩(wěn)定，并終將落入黑洞。當(dāng)物質(zhì)落入其中，黑洞便會(huì)開始生長(zhǎng)，捕獲的質(zhì)量增加了黑洞的質(zhì)量。對(duì)于恒星質(zhì)量黑洞而言，每當(dāng)捕獲一個(gè)太陽質(zhì)量的物體，其事件視界的半徑就會(huì)增加約3千米。從理論上講，黑洞可以無限制地增長(zhǎng)，然而，在宇宙中的黑洞沒有無限的食物供應(yīng)，因?yàn)檫t早他們會(huì)在引力范圍內(nèi)消耗所有物質(zhì)！

并不是黑洞周圍的所有物質(zhì)，都注定要落入黑洞，有時(shí)氣體會(huì)以很快的速度從磁盤吹走的熱風(fēng)中逸出的物質(zhì)。更為引人注目的是X射線和無線電觀測(cè)顯示，遠(yuǎn)離一些超大質(zhì)量黑洞附近的高能噴射器，可以在近光束中以近乎光速進(jìn)行移動(dòng)，并且這個(gè)過程可以行進(jìn)數(shù)十萬光年。然而，即使物質(zhì)能夠以光速移動(dòng)，一旦它超過事件視界，它就無法逃脫，因此也無法從黑洞中回到原處。這是因?yàn)楹诙磧?nèi)部的引力場(chǎng)非常強(qiáng)，以至于空間自身彎曲，任何落入黑洞的東西都只能朝著一個(gè)方向行進(jìn)，即朝向中心的奇點(diǎn)，這是一個(gè)無限密度點(diǎn)。雖然霍金表明量子理論暗示黑洞應(yīng)發(fā)射輻射，但預(yù)計(jì)這種輻射非常微弱、且不可檢測(cè)，并且，除了質(zhì)量小于彗星的假想黑洞外，目前尚未被觀察到。

黑洞可通過哪兩個(gè)屬性簡(jiǎn)單歸結(jié)

當(dāng)談到如何描述黑洞時(shí)，科學(xué)家們將它只歸結(jié)為兩個(gè)內(nèi)容，即黑洞的質(zhì)量和旋轉(zhuǎn)。僅是這兩個(gè)部分便能描述所有黑洞物體。 所以，看上去它是如此的簡(jiǎn)單，然而，事實(shí)上要獲得黑洞的這兩個(gè)屬性，卻是異常艱難。相對(duì)而言，獲得黑洞的質(zhì)量是相對(duì)更最容易的部分，我們可以通過研究那些像太陽這樣的普通恒星繞行的小黑洞，然后使用光學(xué)望遠(yuǎn)鏡測(cè)量這顆類太陽恒星的速度，以及完全繞黑洞運(yùn)行所需的時(shí)間，從而得出黑洞的質(zhì)量，這也是天文科學(xué)家們多年來測(cè)量普通二元系統(tǒng)，以及行星系統(tǒng)中恒星質(zhì)量的方法。然而，想要測(cè)量黑洞的旋轉(zhuǎn)真的很難，黑洞的重力剝離了那顆恒星的氣體，氣體朝著黑洞落下，形成一個(gè)“旋轉(zhuǎn)盤”狀的軌道物質(zhì)。并且，由于非?？拷诙?，這種氣體會(huì)在巨大的重力作用下被加熱到數(shù)百萬度，并在X射線中發(fā)出明亮的光芒。

最終，一旦這些熱氣體落入距離黑洞死點(diǎn)25公里的事件視界，便注定會(huì)永遠(yuǎn)消失。但是，當(dāng)遠(yuǎn)離這個(gè)可怕的事件視界，達(dá)到了一個(gè)點(diǎn)，那里的重力變得如此巨大，以至于超熱氣體不能再將自己保持在黑洞周圍的穩(wěn)定軌道上。此時(shí)，磁盤突然結(jié)束，軌道中的氣體也隨之突然向內(nèi)傾斜，在不到千分之一秒的時(shí)間內(nèi)到達(dá)事件視界，這會(huì)在磁盤中心留下一個(gè)大的暗孔，并向下延伸到事件視界。而這個(gè)暗洞的半徑僅，便取決于黑洞的質(zhì)量和旋轉(zhuǎn)速度。對(duì)于一個(gè)根本不旋轉(zhuǎn)，并且達(dá)到16個(gè)太陽質(zhì)量的黑洞而言，如M33 X-7，這個(gè)暗區(qū)域的半徑是75公里，是事件視界半徑的3倍。簡(jiǎn)而言之，黑洞旋轉(zhuǎn)越快，該半徑越小，對(duì)于相對(duì)論允許的最大旋轉(zhuǎn)的黑洞，半徑就等于事件視界的半徑。

首先，我們看不到黑洞內(nèi)部，因?yàn)槿魏卧竭^邊緣的東西都會(huì)永遠(yuǎn)消失，所以它的名字來自于此。但通常情況下，在黑洞的附近，只有小部分材料落入其中，而大部分材料只是永久地旋轉(zhuǎn)。由于靠近黑洞的東西變得過熱，我們可以看到與錢德拉的X射線，在黑洞周圍的物質(zhì)，永遠(yuǎn)不會(huì)到達(dá)黑洞本身，除非它失去足夠的角動(dòng)量。而這種情況的一種方式是通過流出，沒錯(cuò)！黑洞不僅會(huì)吸入材料，還會(huì)將其吹掉。幾乎所有正在積聚物質(zhì)的黑洞也在驅(qū)逐它，當(dāng)然，這種情況發(fā)生在當(dāng)物質(zhì)仍然在黑洞本身之外時(shí)，眾所周知，一旦它在洞的半徑范圍內(nèi)，那就什么都不可能逃脫。