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黑洞(Black hole)是根據現代的物理理論和天文學理論,所預言的在宇宙空間中存在的一種天體區域。
歷史上,法國力學家拉普拉斯曾預言:「一個質量如 250 個太陽,而直徑為地球的發光恆星,由於其引力的作用,將不允許任何光線離開它。由於這個原因,宇宙中最大的發光天體,卻不會被我們看見」。
黑洞是由一個質量相當大的天體,在核能耗盡死亡後發生引力塌縮後形成。根據牛頓萬有引力定理,由於黑洞的第一宇宙速度過大,連光也逃逸不出來,故名黑洞。
在此區域內的萬有引力非常強大,任何物質都不可能從此區域內逃逸出去,甚至光線都被它強大的引力拉回,因此黑洞本身不會發光,天文學家可藉觀察黑洞周圍物質被吸引時的情況,找出黑洞位置。
黑洞可經由電子儀器觀查到。
黑洞是由大於太陽質量的3.2倍的天體發生引力坍塌後形成的(小於1.4個太陽質量的恆星,會變成白矮星)。天文學的觀測表明,在很多星系的中心,包括銀河系,都存在超過太陽質量上億倍的超大質量黑洞。
根據愛因斯坦的廣義相對論,黑洞是可以預測的。他們發生於史瓦茲度量。這是由卡爾·史瓦茲旭爾得於1915年發現的愛因斯坦方程的最簡單解。
根據史瓦茲解,如果一個重力天體的半徑小於一個特定值,天體將會發生坍塌,這個半徑就叫做史瓦茲旭爾得半徑。在這個半徑以下的天體,其中的時空嚴重彎曲,從而使其發射的所有射線,無論是來自什麼方向的,都將被吸引入這個天體的中心。因為相對論指出任何物質都不可能超越光速,在史瓦茲半徑以下的天體的任何物質,包括重力天體的組成物質——都將塌陷於中心部分。一個有理論上無限密度組成的點組成重力奇點(gravitational singularity)。由於在史瓦茲半徑內連光線都不能逃出黑洞,所以一個典型的黑洞確實是「黑」的。
目前公認的理論認為,黑洞只有三個物理量有意義:質量、電荷、角動量。也就是說:對於一個黑洞,一旦這三個物理量確定下來了,這個黑洞的特性也就唯一地確定了,這稱為黑洞的無毛定理,或稱作黑洞的唯一性定理。
黑洞的合併會以光束發射強大的引力波,新的黑洞會因後坐力脫離原本在星系核心的位置。如果速度足夠大,它甚至有可能脫離星系母體
黑洞分類:
超巨質量黑洞
到目前為止可以在所有已知星系中心發現其蹤跡。
質量據說是太陽的數百萬至十數億倍。
小質量黑洞
質量為太陽質量的10至20倍,即超新星爆炸以後所留下的核心質量是太陽的 3 ~ 15 倍就會形成黑洞。
理論預測,當質量為太陽的 40 倍以上,可不經超新星爆炸過程而形成黑洞。
中型黑洞
推論是由小質量黑洞合併形成,最後則變成超巨質量黑洞
中型黑洞是否真實存在仍然必需存疑。