黑洞是怎樣形成的？

甚 麼 是 黑 洞 ？

黑 洞 是 一 個 時 空 的 黑 暗 區 ， 由 一 些 質 量 頗 大 的 星 體 經 重 力 塌 縮 後 所 剩 餘 的 東 西 。 它 的 基 本 特 徵 是 有 一 個 封 閉 的 視 界 。 這 視 界 就 是 黑 洞 的 邊 界 ， 一 切 外 來 的 物 質 和 輻 射 可 以 進 入 這 視 界 以 內 ， 但 視 界 內 任 何 物 質 都 不 能 從 裡 面 跑 來 。

黑 洞 是 怎 樣 出 現 ？

當 一 顆 質 量 相 當 大 的 星 體 的 核 能 耗 盡 後 ， 沒 有 輻 射 壓 力 去 抵 抗 重 力 ， 平 衡 態 不 再 存 在 ， 這 星 體 將 全 面 塌 縮 ， 成 為 中 子 星 。 若 其 質 量 仍 大 於 三 個 太 陽 質 量 時 ， 那 麼 連 中 子 簡 併 氣 體 壓 力 也 不 能 平 衡 重 力 ， 星 體 將 斷 續 塌 縮 至 它 的 重 力 半 徑 (rg) 範 圍 之 內 。 這 時 ， 引 力 之 大 足 以 使 一 切 粒 子 ， 包 括 光 子 ， 都 被 引 回 星 體 本 身 ， 不 能 外 逸 。 這 就 形 成 黑 洞 。

註 ： 重 力 半 徑 又 稱 史 瓦 半 徑 ， 它 只 與 體 的 質 量 成 正 比 。

黑 洞 的 參 數

要 了 解 一 顆 星 體 ， 我 們 需 要 很 多 參 數 ， 但 當 它 塌 縮 成 為 一 個 黑 洞 ， 任 何 物 質 都 不 能 逃 離 它 ， 因 此 我 們 是 無 法 觀 測 到 任 何 有 關 它 的 信 息 。 根 據 研 究 ， 只 有 三 個 基 本 參 數 ， 質 量 、 電 苛 和 旋 轉 ， 我 們 才 能 在 遠 距 離 探 測 到 ， 這 就 是「 黑 洞 沒 有 毛 髮 」的 定 理 。

理 論 上 ， 黑 洞 可 按 積 分 成 小 、 中 和 大 三 類 ， 已 有 好 些 証 據 顯 示 ， 中 型 黑 洞 是 大 星 體 在 其 生 命 終 結 時 ， 星 體 內 陷 和 坍 塌 後 所 留 下 的 遺 骸 ， 而 大 型 黑 洞 則 存 在 於 很 多 星 系 中 ， 可 能 包 括 我 們 身 處 的 星 系 。

黑 洞 的 界 限

當 一 個 黑 洞 形 成 後 ， 所 有 物 質 都 會 向 中 心 場 縮 成 高 一 個 非 常 細 小 的 質 點 ， 稱 為 奇 點 ， 黑 洞 的 表 面 層 稱 為「 事 件 穹 界 」。 而 這 表 面 層 和 中 心 奇 點 的 距 離 就 是 史 瓦 半 徑 。 任 何 物 質 要 從 黑 洞 的 史 瓦 半 徑 跑 到 外 面 去 ， 它 的 逃 離 速 度 便 要 大 於 光 速 。 但 根 據 狹 義 相 對 論 ， 光 速 是 速 度 的 極 限 ， 因 此 ， 一 切 物 質 到 了 事 件 穹 界 便 扯 向 中 心 的 奇 點 ， 永 不 能 逃 出 來 。

怎 樣 探 索 黑 洞 ？

由 於 黑 洞 不 能 發 出 光 線 ， 體 積 又 非 常 細 小 ， 所 以 是 不 可 能 用 天 文 望 遠 鏡 規 測 得 到 的 。 但 根 據 理 論 ， 如 果 一 對 雙 星 中 的 伴 星 是 黑 洞 ， 那 麼 主 星 的 物 質 被 吸 引 向 黑 洞 而 形 成 一 個 吸 積 環 。 由 於 吸 積 環 的 物 質 互 相 摩 刷 而 引 起 高 溫 ， 因 而 輻 射 X 光 線 。 於 是 黑 洞 搜 索 者 就 將 重 點 於 X 射 線 密 近 雙 星 上 。

1962 年 ， 人 們 探 測 所 得 ， 位 於 天 鵝 座 鵝 頸 內 有 一 股 X 射 線 ， 並 將 該 源 命 名 為 是 非 常 有 可 能 是 一 黑 洞 。 天 鵝 座 X-1 是 一 X 射 線 源 ， 它 的 一 顆 子 星 是 超 藍 巨 星 ， 那 可 能 是 黑 洞 而 看 不 見 的 子 星 質 量 。

怎 樣 發 現 黑 洞 的 存 在 ？

於 1990 年 4 月 27 日 ， 哈 勃 太 空 望 遠 鏡 的 啟 用 ， 為 人 類 探 索 太 空 夫 揭 開 了 新 的 一 頁 ， 雖 然 在 製 造 時 出 了 錯 誤 ， 使 影 像 大 打 折 扣 ， 可 是 仍 對 天 文 學 有 莫 大 的 貢 獻 。

近 來 人 類 對 一 直 只 是 存 在 於 理 論 範 疇 內 的 黑 洞 ， 已 透 過 哈 勃 太 空 望 遠 鏡 ， 有 了 進 一 步 的 証 據 。 於 仙 女 座 大 星 系 M31 附 近 的 M32 發 現 了 一 個 質 量 大 於 太 陽 三 百 萬 倍 的 黑 洞 。 M32 是 在 我 們 的 銀 河 系 附 近 ， 距 離 地 球 2.3 百 萬 光 年 的 星 系 。 它 是 人 類 所 知 密 度 最 高 的 星 系 ， 於 直 徑 只 有 一 千 光 年 的 範 圍 內 ( 我 們 的 銀 行 河 系 直 徑 約 十 萬 光 年 ) ， 包 含 了 四 百 萬 顆 星 ， 中 心 和 密 度 是 我 們 的 銀 河 系 100 個 一 百 萬 倍 左 右 。

假 設 你 生 活 於 M32 中 心 的 行 星 上 ， 你 會 見 到 一 個 密 佈 星 光 的 夜 光 ， 光 度 比 一 百 倍 滿 月 還 要 亮 。 科 學 家 是 由 星 星 於 該 星 系 的 活 動 ， 及 其 中 心 密 度 而 推 測 的 。 此 星 系 內 之 星 星 移 動 速 度 較 之 於 一 般 星 系 每 秒 快 了 100 公 里 。

對 於 此 發 現 ， 實 對 各 天 文 學 者 的 一 大 鼓 舞 ， 相 信 以 後 哈 勃 望 遠 鏡 ， 必 能 為 人 類 揭 開 更 多 太 空 的 神 秘 之 謎 。

當一個巨大的恆星(質量是太陽質量的8倍以上)死亡時，恆星的殘骸可能會形成黑洞。而黑洞的形成是因為大質量的恆星在演化的未期都會發生超新星爆炸，引力的坍縮，大到連中子星這樣極為緊密的結構都支撐不住，星體就會繼續收縮下去，直到成為無法想像的緊密成為一點，這就是「黑洞」。黑洞所包含的物質緊密，產生的重力也強得無法想像，強到連光線都跑不出來，因此而得名。任何東西一旦掉到黑洞，便被分解、壓縮而成為黑洞的一部分。

而黑洞的概念是由愛因斯坦廣義相對論所推導出來的結論：一個核反應完全停止的星體，無力頂住萬有引力而坍縮；當原子被壓破時，就會變成白矮星，而恆星量較大時，則還會敲開原子核，變成擠成一團、密度更大百萬倍的中子星；如果坍縮的恆星質量更大時，則坍縮還會進行下去，所有物質會無可避免、永遠坍縮下去，所有質量將集中在一個沒有大小的「奇異點」(singularity)上。

奇異點周圍的重力也特別大，在某個範圍以內，重力龐大得連光線也逃不出去。這個連光線也逃不出去的面，稱為事相面（event horizon)。光線和任何物質都只能從事相面外部進入其內部，而無法從裡邊逸出。這個事相面的裡邊就是黑洞。黑洞是個極為單純的星體，只包括位於中央的奇異點和圍繞異點的事相面。事相面內除了奇異點之外，連一個原子也沒有。黑洞與黑洞之間的區別，只能從質量、自旋角度動量（spin angulaq momentum)及電荷三個性質來判斷。

黑洞不發光，就不可能發現它的存在的證據了！其實不然；例如當周圍的物質被吸引時，卻會透露出黑洞的存在。圍繞黑洞的雲氣會以極高的速度運動，若偵測到氣體圍繞著非常小的區域高速運動，我們便能推測該區域可能有個黑洞。而當物質被吸入黑洞時，因這些氣體由質子及電子的電漿組成，彼此摩擦而成高溫狀態，便會放出x及r射光，於是我們便可察覺黑洞的存在。
黑洞是否真的能吸進所有東西！
1998 哈伯發現圓盤環繞這巨大黑洞 (質量達三億個太陽)的黑洞，而圍繞它的是橢圓星系NGC 7052(位於狐狸座，距地球191,000,000光年 )，而造成這現象可能是古代星系碰撞之後所殘留的，而這個圓盤狀物體可能在幾十億年級將被黑洞所吞噬。
離中心 186光年的圓盤就像是一個轉動中的巨大旋轉木馬，速率可達時速 341,000英里（每秒 155公里），快速的旋轉提供給我們測量黑洞對氣體萬有引力大小的重要指標。雖然黑洞質量有太陽的三億倍，但其比重只佔NGC 7052星系總質量的百分之0.05，但這個圓盤還是比它輕了一百多倍，而它所擁有的原料還可以形成三百萬顆像太陽的質量，

圓盤中央較亮的部分是一星球的大集團，而它支付黑洞周圍強大的重力，黑洞和圓盤並無相同的起源，有可能是圓盤是在黑洞形成之後，因星系與鄰近較小的星系碰撞後形成的 。
Massive Black Holes Dwell In Most Galaxies, According To Hubble Census
根據哈伯太空望遠鏡的觀測，天文學家得知系外星系NGC3377等的中心有巨大黑洞存在。再者，距離地球1，600萬光年，NGC4486B有2個中心核(超大黑洞)，兩個黑洞可能構成雙星系。 圖右上半人馬座A星系，星系最大的特徵是有一個巨大的塵埃道(紫色)，把它一分為二。
黑洞作為一個發展終極，必然引致另一個終極，就是白洞。其實膨脹的大爆發宇宙論中，早就碰到了原初火球的奇點問題，這個問題其實一直困擾著科學家們。這個奇點的最大質量與密度和黑洞的奇點是相似的，但他們的活動機制卻恰恰相反。高能量超密物質的發現，顯示黑洞存在的可能，自然也顯示白洞存在的可能。如果宇宙物質按不同的路徑和時間走到終極，那麼也可能按不同的時間和路徑從原始出發，亦即在大爆發之初的大白洞發生後，仍可能出現小爆發小白洞。而且，流入黑洞的物質命運究竟如何呢？是永遠累積在無窮小的奇點中，直到宇宙毀滅，還是在另一個宇宙湧出呢？如果黑洞從有到無，那白洞就應從無到有。６０年代的蘇聯科學家開始提出白洞的概念，科學家做了很多工作，但這概念不像黑洞這麼通行，看來白洞似乎更虛幻了。問題是我們已經對引力場較為熟悉，從恆星、星系演化為黑洞有數理可循，但白洞靠什麼來觸發，目前卻依然茫然無緒。無論如何宇宙至少觸發過一次，所以白洞的研究顯然與宇宙起源的研究更有密切的關係，因而白洞學說通常與宇宙學及結合起來。人們努力的方向不在於黑白洞相對的哲學辯論，而在於它的物理機制問題。從現有狀態去推求終末，總容易些，相反的從現有狀態去探索原始，難免茫無頭緒。
參考資料:

我的老師say的一些星球的碎片掉下來and
之前的星球大爆炸組成的