黑洞是什么东西(宇宙黑洞是什么东西)

什么是黑洞，黑洞是如何形成的？

黑洞，它是一种质量及引力很大的天体，从字面意思可以理解为看不见的“无底洞”。因为连光子“掉入”都无法“逃出”的“无底洞”，没有光子出来，所以我们就看不见它。

电影《星际穿越》中的黑洞

关于提出黑洞的历史

最早提出黑洞问题的是英国地理学家约翰·米歇尔（John Michell），他在1783年提出，如果一颗天体拥有与太阳同等质量，且该天体直径只有约3千米，那么此天体表面的引力是十分巨大的，大到连宇宙最快的光子也无法逃脱其表面。

此外，法国物理学家拉普拉斯曾在1796年预言：“如果一颗天体质量约为太阳的250倍，直径和地球相当，那么这个天体表面的引力将变得非常大，连光也不能逃脱。”

直到20世纪爱因斯坦发表广义相对论后，我们对黑洞理论有了许多新的认知，如知晓了黑洞形成的必然条件，以及黑洞特有的3个物理特性等等。

美国劳伦斯利佛摩国家实验室的研究指出，中型黑洞可能可以让已经死亡的白矮星“复活”。图为一个黑洞吸入邻近蓝色恒星的物质的示意图。（图：NASA）

黑洞的概述

黑洞是一个时空的区域，它会表现出非常强烈的引力效应，以至于任何粒子和电磁辐射，例如光子，都无法从黑洞内部逃逸出来。广义相对论理论预言，足够致密的质量能够使时空弯曲，从而形成不可能逃脱的区域边界，这被称为事件视界。简单的说，这里是信息的终点，你无法将信息传达出去。

目前还没有直接观测到黑洞的证据，不过可以从黑洞周围影响的时空入手，找到黑洞的间接证据，如黑洞影响周围的恒星时，由于黑洞强大的引力，导致恒星的物质会落入黑洞中，黑洞与恒星之间会形成吸积气盘。在这一过程恒星的物质会被加热辐射出能量（X射线），从而被我们所观测到。这里需要知晓的是，目前并没有真正的发现黑洞，只是发现了类似黑洞的候选者。

X射线双星系统中的巨星-吸积盘示意图

黑洞的形成

黑洞是由临界值以上的大质量恒星“死亡”后形成的一种特殊天体，最初，一般典型的恒星，如太阳，它们是靠氢聚变维持能源的。随后氢耗尽，由于重力的压进，核心的环境变得氦开始聚变。质量更大的恒星，会向更重的元素进行核聚变，直到铁为止。根据理论，如果一颗恒星的核心质量大于等于3.2倍太阳质量时，那么再也没有什么能量（斥力）可以抵抗自身的重力了，重力便开始向中心无限的坍缩，而后便形成了“黑洞”，黑洞的中心将趋向于一个奇点。

目前形成黑洞的有2个经典的极限值，第一个是奥本海默-沃尔科夫极限（冷中子星的质量上限），该极限值接近于2.17倍太阳质量。如果一颗冷中子星超过了此极限值，那么它很有可能因强大引力而坍缩成一个黑洞。第2个就是著名的史瓦西半径，史瓦西半径是指当物体被压缩至一个临界半径值时，就会形成一个黑洞。严格的讲是一个球状对称、不自转且不带电荷的物体重力场值，一个特定质量的物体被压缩到该值时，自身的重力可以无束缚的压缩至奇点。理论上，太阳的史瓦西半径约为3千米，地球的史瓦西半径只有约9毫米。一颗大于等于3.2倍太阳质量的天体，如果压缩至它的史瓦西半径内，那么它就形成黑洞了。

互相绕着旋转的两个黑洞。最终两个黑洞将融合，产生引力波。（绘图：Alamy Stock Photo）

参考资料

1.WJ百科

2.天文学名词

3.知乎

4.\"Peering into the Dark Side: Magnesium Lines Establish a Massive Neutron Star in PSR J2215+5135\". doi:10.3847/1538-4357/aabde6/.

5.Ruiz, M.; Shapiro, S. L.; Tsokaros, A. (2018-01-11). \"GW170817, general relativistic magnetohydrodynamic simulations, and the neutron star maximum mass\". Physical Review D. 97 (2). arXiv:1711.00473 Freely accessible. Bibcode:2018PhRvD..97b1501R. doi:10.1103/PhysRevD.97.021501.

6.Rezzolla, L.; Most, E. R.; Weih, L. R. (2018-01-09). \"Using Gravitational-wave Observations and Quasi-universal Relations to Constrain the Maximum Mass of Neutron Stars\". Astrophysical Journal. 852 (2): L25. arXiv:1711.00314 Freely accessible. Bibcode:2018ApJ...852L..25R. doi:10.3847/2041-8213/aaa401.

文章作者：零度星系（天文在线）

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最后更新：2018年12月22日星期六

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黑洞是什么样？它为什么有那么大的能量？怎么观测？

2019年，天文学家们震惊了世界，他们发布了一张史诗级的图片，照片中可以看到物质围绕着距离地球5500万光年的M87星系核心的超大质量黑洞旋转。天文学家们将地球周围的射电望远镜连接起来，创造了“事件视界”望远镜，这是一个虚拟的、模拟了地球大小口径的望远镜，实现了这个惊人的观测。

更多的观测还显示，即使环本身的形状和大小相当稳定，黑洞周围的物质亮度仍然发生了变化。这些都有助于天文学家了解物质进入黑洞的最后一跃前发生了什么。

M87星系有一股强大的物质喷流从其中心黑洞喷发而出，喷流由即将落入黑洞的物质产生的巨大磁场提供动力。来源：NASA, ESA, 及 the Hubble Heritage Team (STScI/AURA); 致谢: P. Cote (茨伯格天体物理研究院) 及 E. Baltz (斯坦福大学)

通过无线电波可以观测到物质漩涡发出的光，它们远远超出我们的眼睛所能看到的范围。这种类型的光不是由物质发热产生的——尽管物质的确是令人难以置信的高温——而是因为物质中嵌入了强烈而复杂的磁场。虽然这个图像令人震惊，但它并没有告诉我们太多关于磁场的信息，磁场是驱动黑洞周围大量力学活动的力量。

但到今天，已经有三篇相关论文出版了。利用事件视界望远镜的数据，天文学家能够绘制出来自物质的偏振光，这是研究磁场的关键。

M87星系中心超大质量黑洞周围物质的实际图像，显示了来自抛射物质的偏振光方向。这是由物质磁场造成的，它促成了大部分物质的抛射。来源：EHT

光可以被认为是一系列把能量从物体上带走的波。通常这些波的方向是随机的；如果你把它想象一根吉他弦，你可以拨动它，它会上下、左右，或向任何方向震动。

然而，有些现象发出的波是整齐的——就像弹吉他时，弦都是水平振动的。以这种方式排列的光波称为偏振光。你们可能已经了解过这个概念：从金属或玻璃上反射的光可以是偏振光。偏振光太阳镜有滤光片，滤光片中的分子都是朝一个方向排列的，这样当水平表面反射的偏振光透过太阳镜时，它就会被挡住。只有与分子对齐的偏振光才能通过。

等离子体中的磁场（一种从原子中剥离了一个或多个电子的气体）也能引起偏振光的发射。电子以接近光速的速度绕磁力线旋转，当它们旋转时，就会发出称为同步辐射的光。这种光在自旋方向上是偏振的，偏振的强度可以用来测量多种关于等离子体和磁场的现象。

黑洞周围的物质形成了一个圆盘，我们可以看成一个光环围绕着黑洞（黑洞远侧的圆盘是可见的，因为黑洞强烈的引力使它向上弯曲并朝向我们环绕）。来自光环的偏振光与光环本身是平行的，这表明磁场从黑洞向边缘围绕着光环（这种磁场被称为极向场，我觉得很有趣）。

测量这种极化显示黑洞附近的磁场相当强，实际上磁场有助于将物质保持在圆盘中的内边缘，并暂时减缓部分物质落入黑洞。他们测量了物质落入黑洞的速率，大概是每年0.0003-0.002的太阳质量。这听起来可能不算多，但事实上，这意味着在这个范围的上限，黑洞每年要多消耗两颗木星的物质。

或者，你倾向这样的描述：黑洞一天两次吞入相当于地球的物质。

（突然惊慌并且尖叫着原地跑圈）

这是非常惊人的。他们还发现磁场的强度大约是1-30高斯，或者说大约是地球磁场强度的2到60倍。听起来可能不算多，但它的作用范围很广，至少有几千亿公里。磁场的威力也非常巨大。

武仙座A是一个相对较近的活动星系的例子，它的中心有一个黑洞，吞噬物质同时喷射出大量的辐射和物质。图源：NASA, ESA, S. Baum and C. O'Dea (RIT), R. Perley and W. Cotton (NRAO/AUI/NSF), and the Hubble Heritage Team (STScI/AURA)

事实上，像这样的黑洞可以把物质和能量的光束发射到远离星系盘的地方，天文学家称之为喷流，这些喷流非常强大，可以延伸数十万光年，远远大于整个星系。这种喷流的能量简直让人震惊；光是喷流物质的动能（它的运动能量和使它加速所需的能量）就可以是太阳发出能量的数十亿倍！

我们知道这些是磁性现象，是由吸积盘的内部磁场扭曲成龙卷风一样的漩涡引起的，但不清楚这是怎么发生的。通过测量黑洞附近的磁场特性，天文学家将深入了解这些奇怪而可怕的强大特性。M87有这样的喷流（由于相对论效应，我们只看到一个大致朝向我们的喷流），新的研究中也对它进行了分析。

M87超大质量黑洞的放大图片（从上到下）：哈勃的图像呈现了全局景观；ALMA天文台观测显示，整个喷流中都有偏振光；VLBA显示了内部喷流中的偏振光，而事件视界望远镜观测到了黑洞吸积盘中的偏振光。图源：EHT Collaboration; ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), Goddi et al.; NASA, ESA and the Hubble Heritage Team (STScI/AURA); VLBA (NRAO), Kravchenko et al.; J. C. Algaba, I. Martí-Vidal

测量光的偏振是一个极其困难和艰苦的过程，这就是为什么这些观测结果现在才公布的原因；分析这些数据所花的时间要比制作我们两年前看到的图像长得多。但是这些数据中包含的信息值得付出努力和等待。

对我来说，这个特殊黑洞的实际数据和机制，尽管非常酷，但并不是最有价值的。真正有价值的是我们知道了自己能做到这一点。这是一项非常困难且有开创性的工作，但它是可以做到的。还有更多的黑洞可以通过这样的方式研究，包括人马座A，这个银河系中心400万太阳质量的庞然大物。我们可能需要更大、功能更强的射电望远镜，还可能需要更强大的计算机处理能力。但现有的观测表明，这是一个技术问题、一个能解决的工程问题，而不是物理问题。

我们可以窥视数百万光年之外的物质，筛选特定种类的光，并利用这些信息更好地了解一个65亿倍太阳质量的黑洞对现实空间结构的影响。我认为这是非常值得知道的。

作者: Phil Plait

FY: Roci

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八大黑洞秘密，宇宙黑洞真实存在的8种迹象，你知道几种？

那些年我们一起寻找过的黑洞痕迹

“黑洞”听起来有如科幻电影般神秘，但一些重大证据却证实了它们的存在。

在天文学所有遥远的概念里，黑洞是最具神秘感的。这是一个物质被强大引力紧密包裹着的宇宙空间，任何细微的东西都无法逃脱甚至光本身，毫无疑问这些黑暗的庞然大物也呈现出了相当可怕的前景。随着所有常规的物理规则在黑洞内部被打破，人们很容易认为黑洞只是科幻小说里的东西。然而大量直接和间接的证据表明，它们确实存在于宇宙中。

爱因斯坦的“鲁棒预测”

阿尔伯特 · 爱因斯坦

黑洞的发现是爱因斯坦的广义相对论的必然结果。

(图片来源:贝特曼 /贡献者)

作为一种理论可能性，卡尔·史瓦西在1916年预测了黑洞，他发现黑洞是爱因斯坦广义相对论的必然结果。换句话说，如果爱因斯坦的理论是正确的（所有的证据也表面它是），那黑洞就一定存在。

随后，罗杰·彭罗斯和斯蒂芬·霍金为他们的理论奠定了更坚实的基础。剑桥大学表示，任何坍陷成黑洞的物体都会形成一个奇点，在这个奇点上，传统的物理定律就失效了。这已被广泛接受，彭罗斯被授予2020年诺贝尔物理学奖的一部分，因为他发现黑洞的形成是广义相对论的稳健预测。

伽马射线爆发

地球上的探测设备探测到伽马射线的爆发是由黑洞的诞生引起的。

（图片来源：NASA/Swift/Cruz deWilde）

据美国宇航局的消息，印度天体物理学家 苏布拉马尼亚·钱德拉塞卡在 1930 年代研究了当一颗恒星用完所有核燃料后会发生什么。通过研究发现，最终的结果取决于恒星的质量。 根据美国宇航局的说法，如果那颗恒星的质量足够大（比如有 20 个太阳质量那么大），那么这颗恒星的致密地核（它本身可能是太阳质量的三倍或更多倍）会一直坍缩成一个黑洞。 最后这颗恒星的地核坍塌将发生得非常迅速，以至于在几秒钟之内，并且它会以伽马射线爆发的形式释放出巨大的能量。 这种爆发向太空辐射的能量总量与普通恒星在其整个生命周期中散发的能量一样多。 地球上的望远镜已经探测到了许多这样的爆发，其中一些来自数十亿光年外的星系； 所以实际上我们能观测到黑洞正在诞生。

引力波，中子星

艺术家对引力波的印象。相互环绕的黑洞会在时空中产生涟漪，并以引力波的形式向外传播。

（图片来源：R. Hurt/Caltech-JPL）

黑洞并不总是孤立地存在着——它们时而成对出现，时而相互环绕。在这样的过程中，它们之间的引力相互作用会在时空中产生涟漪，并以引力波的形式向外传播——这是爱因斯坦相对论的另一个预测。跟据《生活科学》姊妹网站 Space的 报道，借助激光干涉仪引力波天文台和座等天文台，我们现在有能力探测到这些波。第一个发现涉及两个黑洞的合并，早在 2016 年就宣布了，此后又有更多发现。随着探测器灵敏度的提高，除了黑洞合并之外的其他产生波的事件正在被发现——例如黑洞和中子星之间的碰撞，它发生在我们银河系之外，距离我们 6.5 亿到 15 亿光的地方——据报道，​​距地球数年。

隐伴星

这幅艺术家的作品展示了HR 6819三星系统中天体的轨道，该系统由一对双星组成，其中一颗恒星(蓝色轨道)围绕一个黑洞(红色轨道)运行，以及另一颗轨道更宽的恒星(蓝色轨道)。

(图片来源:L. Calçada/ESO)

这幅艺术家的作品展示了HR 6819三星系统中天体的轨道。

产生伽马射线暴和引力波的短暂高能事件可能在可观测宇宙的一半范围内可见，但在其生命周期的大部分时间里，黑洞由于其本身的性质几乎无法被检测到。因为它们不发出任何光或其他辐射，这意味着它们可能潜伏在我们的宇宙附近而天文学家却没有注意到。不过，有一种确定无疑的方法可以探测到黑暗巨兽，那就是通过它们对其他恒星的引力作用。2020年，天文学家在观测这个看起来很普通的双星系统(即绕轨道运行的恒星对)时注意到，这两颗可见恒星的运动中有一些奇怪的现象，这些现象只有在如果该双星系统里存在第三个完全看不见的天体时才能解释。当他们计算出那颗看不见的天体的质量时发现它至少是太阳质量的四倍，研究人员知道只剩下一种可能了。据《生活科学》报道，这肯定是一个黑洞———这是迄今为止发现的离地球最近的黑洞，且距离我们的星系仅有1000光年。

X 射线视觉

黑洞天鹅 X-1 正在从一颗巨大的蓝色伴星中吸取物质。这些“东西”在黑洞周围形成了一个吸积盘。

（图片来源：NASA/CXC）

黑洞天鹅 X-1 正在从一颗巨大的蓝色伴星中吸取物质。

黑洞的第一个观测证据出现在 1971 年，这也来自我们银河系内的双星系统。该系统被称为 天鹅 X-1，产生了一些宇宙中最亮的 X 射线。根据美国宇航局的说法，它们不是来自黑洞本身，也不是来自它可见的伴星（十分巨大，质量是太阳质量的 33 倍）。相反，这些物质不断地从巨星中剥离出来并被拖入黑洞周围的吸积盘中，美国宇航局认为，正是从这个吸积盘中发射出了 X 射线。正如他们对 HR 6819 所做的那样，天文学家可以使用观测到的恒星运动来估计天鹅 X-1 中看不见的物体的质量。据《生活科学》报道，最新的计算结果将这个 21 倍太阳质量的暗天体集中在一个如此小的空间中，以至于它只能是一个黑洞。

超大质量黑洞

在我们星系的中心有一个超大质量黑洞位于人马座 A 区域。它的质量约为太阳质量的 400 万倍。

(图片来源:ESA C. Carreau)

据《生活科学》报道，黑洞除了自恒星坍缩而产生以外，有证据表明，它们自宇宙历史早期就潜伏在星系的中心了，并且每一个超大质量的黑洞都是太阳质量的数百万甚至数十亿倍。在所谓的活动星系中，这些重量级星系存在的证据是惊人的。据美国国家航空航天局称，这些星系的中心黑洞被吸积盘包围，这些吸积盘会产生各种波长的强辐射。我们也有证据表明我们自己的星系在其中心也有一个黑洞。那是因为我们看到该区域的恒星以非常快的速度旋转（速度高达光速的 8%），以至于它们必须绕着一个非常小而巨大的物体运行。据目前的估计，银河系中心黑洞的质量约为400万倍的太阳质量。

拉面效应

黑洞存在的另一个证据是——拉面效应。 您可能感到好奇，什么是拉面效应？ 拉面效应就是当你掉进黑洞时会发生的情况，这是不言自明的。 你将被黑洞的极端引力拉成细细的线状，类似于拉面越拉越长越拉越细。 据《生活科学》报道，幸运的是，这种情况不太可能发生在你或你认识的任何人身上，但这很可能是一颗恒星的命运，如果它太靠近一个超大质量的黑洞。2020年10月天文学家目睹了这一碎裂，或者至少他们看到了一颗倒霉的恒星被撕裂时发出的闪光。幸运的是，这种拉面效应并没有发生在地球附近而是发生在2.15亿光年之外的一个星系。

最后——黑洞的直接图像

有史以来第一张黑洞的直接图像，黄色环围绕着黑色圆圈

有史以来第一张黑洞的直接图像。 （图片来源：视界望远镜合作项目）

目前为止，大量令人信服的关于黑洞的间接证据表明：没有任何其他被科学承认的已知物体能产生辐射或引力波的爆发，以及对其他物体形成动态影响。但转折发生在2019 年 4 月，最后的关键发现以活动星系梅西耶87中心超大质量黑洞的直接图像的形式出现。这张令人惊叹的照片是由事件视界望远镜拍摄的——这个名字有点误导，因为它是由散布在世界各地的大型望远镜网络组成的，不仅仅是一个单一的仪器。根据美国宇航局的观点，观测活动中参与的望远镜越多，它们的间距越大，最终的图像质量就越好。据《生活科学》报道，结果清楚地展示了这个有着65亿倍太阳质量的黑洞在其周围吸积盘橙色光芒的映衬下的阴影。

BY: Andrew May

FY: 人间散步

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黑洞吞噬一切，那么我们是如何感知黑洞存在的呢？

这个问题可能也是在许多科学领域里面让大家很困扰的问题：对于一个看不见、摸不着的东西，我们是怎么研究然后又给出了许多那么笃定的答案的呢？

其实很简单，任何一个天体、或者说任何一样东西（物体、人物、事件）在这个世界上都不能单独地存在。它总会以各种各样的方式或直接或间接地影响周围的事物。在我们了解一个历史人物的时候，我们会通过了解他周围的人来了解他（譬如说，历史上几乎没有任何对于汪伦的直接记载，但我们却可以通过“桃花潭水深千尺，不及汪伦送我情”看出他的好客），而要想了解一个黑洞，我们可以通过它周围天体和物质的特性来探知它的奥秘。

黑洞最早是一个纯数学上的概念，包括拉普拉斯在内的数学家通过计算，提出如果有一个物体的质量足够大而体积足够小，那它的引力就会大到连光都无法逃离。在爱因斯坦于1915年发表广义相对论一个月之后，德国物理学家史瓦西（Schwarzschild）得到了一个广义相对论方程的精确解，正式预言了这样一种天体的存在。

正如题主问得一样，在黑洞的概念刚刚提出的时候，黑洞的观测是一个非常大的难题，因为它本身既不发光，也不能反射光，而光几乎是天文学家所能依仗的唯一的工具。但随着物理学家们对广义相对论认识的加深，以及对各种极端情况下电磁运动的研究，我们现在能很确切地了解黑洞及周边天体的结构，并且能预言出这些结构会导致的种种可观测效应。所以，我们可以通过观测其他的天体现象来间接判断黑洞的存在。目前比较被接受的黑洞观测方法有三个：

一、引力效应。太阳有巨大的质量，地球也因此受到太阳的引力。可是地球并没有坠入到太阳里去，而是绕着太阳一圈一圈地旋转。和太阳一样，黑洞也有巨大的质量并对周围的天体产生引力。而和大部分人想象得不同，并不是所有的东西都会被黑洞吸引到黑洞中心的奇点。如果有一个物体在黑洞的“事界”（event horizon）之外，那黑洞对于这个物体就会和太阳对于地球一样，让它绕着自己旋转。所以，如果我们观测到有许多恒星绕着某个似乎空无一物的区域旋转，那我们可以肯定的是那个空无一物的区域有一个质量巨大的天体。什么样的天体会质量巨大而又不可观测呢？除了黑洞，也就是遵循黑暗森林法则的外星生物了（参见《三体》）。鉴于后者是科幻小说，科学家们倾向于选择前一种可能性。下图是对于我们银河系中心黑洞的一个观测。在10年的时间里（1992～2002）科学家们观测到了这些恒星对于图中十字区域的圆周运动，证明了黑洞（候选）的存在。

​二、引力透镜（gravitational lensing）。根据广义相对论，质量巨大的物体会弯曲周围的时空。而直接的结果，就是形成一种类似放大镜的效应。当有黑洞存在于我们和某些遥远天体之间时，来自遥远天体的星光会被途中的黑洞弯曲和汇聚。下图是引力透镜的效应观测到时的样子：

​​三、活动星系核（Active Galactic Nucleus，简称AGN，翻译可能不准确）。单独而孤立的黑洞几乎是不存在的。每一个黑洞附近，都或多或少有一些天体，慷慨地奉献着自己的“血肉”养育着黑洞。黑洞这玩意吃东西的时候一点也不文雅，它不仅大快朵颐地汤水四溅，而且是名副其实的大款——吃一碗倒一碗。在这些物质被黑洞的引力捕获并吞噬的过程中，各种带电粒子由于互相之间的摩擦会辐射出大量的高能射线（汤水四溅）；而由于动量守恒和磁场的扭曲，很大一部分的带电粒子本身也被黑洞以接近光速的速度甩出来（到的那一碗）。这些高能射线（主要是X射线和伽马射线）和带电粒子会遵循一个特定的方向（垂直于吸积盘，也就是accretion disk的方向。这些翻译过来的词听着都很奇怪）从黑洞向外喷射。而如果这些喷射出来的射线和粒子处于能被观测到的方向，我们就又能间接探测到黑洞的存在了。下图是一个AGN的模型（这个模型现在还没有直接观测结果的证实，但被物理界广泛接受和认可）：

​​所以再总结一下回答：虽然黑洞吞噬一切，包括光，我们仍然可以通过多种方式去研究和探索，并且观测和感知到它的存在。

也许直到人类灭亡的那一天我们也不可能“看”到黑洞究竟长什么样，也许我们永远也不会有黑洞的幸存者讲述劫后余生的故事。但是人类对知识的渴求，对宇宙的探索，会让我们的脚步越走越远，和黑洞中心的奇点无限接近。

黑洞是什么#天文知识科普视频

黑洞是什么？黑洞是宇宙中一种极为奇特和极端的天体，其形成源于大量物质的极度压缩，因此具有极强的引力，甚至能够吞噬光线，使其呈现出黑色。

黑洞的引力极强，它会将任何接近它的物体吸入其中，包括光线和其他物质，因此得名“黑洞”。黑洞形成于超大质量恒星的演化过程中，当一个恒星燃尽燃料、核聚变停止时，就会发生塌缩形成黑洞。

黑洞中心存在一个名为“事件视界”的区域，标志着从这一点开始，任何物体都无法逃离黑洞的引力。

黑洞是天文学中令人着迷的研究对象，因其拥有奇特的物理性质，如时间弯曲和空间扭曲。科学家通过观测黑洞周围的物质和辐射，并使用数学模型和模拟来研究它们的性质和行为，从而更好地理解宇宙的演化和宇宙中的引力。