黑洞的定義和概念

黑洞是時空中的一個區域，其引力非常强，以至於任何東西（包括光或其他電磁波）都沒有足够的能量來逃脫它。

廣義相對論預測，足够緻密的質量可以使時空變形形成黑洞。 無法逃逸的邊界稱為事件視界。 儘管它對穿過它的物體的命運和環境有很大影響，但根據廣義相對論，它沒有局部可檢測到的特徵。

大麥哲倫星雲前面黑洞的類比視圖。 注意引力透鏡效應，它會產生兩個放大但高度扭曲的雲視圖。 在頂部，銀河盤看起來扭曲成弧形， 2019年發表。

在許多方面，黑洞就像一個理想的黑體，因為它不反射光。

此外，彎曲時空中的量子場論預測事件視界會發射霍金輻射，其光譜與溫度與其質量成反比的黑體相同。 對於恒星黑洞來說，這個溫度約為十億分之一開爾文，囙此基本上不可能直接觀測到。

約翰·米歇爾（John Michell）和皮埃爾·西蒙·拉普拉斯（Pierre-Simon Laplace）在18世紀首次考慮了引力場太强而導致光無法逃逸的物體。

1916年，卡爾·史瓦西（Karl Schwarzschild）發現了廣義相對論的第一個現代解，該解描述了黑洞的特徵。 1958年，大衛·芬克爾斯坦首次發表了對“黑洞”的解釋：“黑洞”是一個任何東西都無法逃脫的空間區域。 黑洞長期以來被認為是一種數學奇觀。 直到20世紀60年代，理論工作才表明它們是廣義相對論的一般預測。 喬斯林·貝爾·伯內爾發現中子星1967年，激發了人們對引力塌縮緻密天體作為一種可能的天體物理現實的興趣。 第一個已知的黑洞是天鹅座X-1，由幾比特研究人員於1971年獨立發現。

當大質量恒星在其生命週期結束時崩潰時，恒星質量的黑洞就會形成。 黑洞形成後，它可以通過吸收周圍環境的質量來生長。 數百萬太陽質量（M⊙）的超大質量黑洞可能通過吸收其他恒星並與其他黑洞合併而形成。 人們一致認為大多數星系的中心都存在超大質量黑洞。

黑洞的存在可以通過黑洞與其他物質以及可見光等電磁輻射的相互作用來推斷。 任何落入黑洞的物質都可以形成外部吸積盤，通過摩擦加熱，形成類星體，這是宇宙中最亮的物體之一。 距離超大質量黑洞太近的恒星在被“吞噬”之前可能會被撕成非常明亮的流光。

如果其他恒星繞黑洞運行，它們的軌道可用於確定黑洞的質量和位置。 此類觀察結果可用於排除可能的替代品，例如中子星。 通過這種管道，天文學家在雙星系統中識別出了眾多候選恒星黑洞，並確定位於銀河系覈心的人馬座A*射電源包含一個約430萬太陽質量的超大質量黑洞。

歷史

英國天文學先驅兼牧師約翰·米歇爾在1784年11月發表的一封信中簡要提出了一個大到連光都無法逃逸的天體的想法。 蜜雪兒的簡單計算假設這樣一個天體可能具有與太陽相同的密度，並得出結論當恒星的直徑超過太陽的500倍，並且其表面逃逸速度超過通常的光速時，就會形成這種恒星。 蜜雪兒將這些天體稱為暗星。

他正確地指出，這種超大質量但不輻射的天體可以通過它們對附近可見天體的引力效應來檢測到。

當時的學者最初對巨大但看不見的“暗星”可能隱藏在普通視野中的提議感到興奮，但當光的波動性質在十九世紀初變得明顯時，熱情就受到了抑制，就好像光是一種由於是波而不是粒子，現時還不清楚重力會對逃逸的光波產生什麼影響（如果有的話）。

現代物理學質疑蜜雪兒的觀點，即光線直接從超大質量恒星表面射出，因恒星引力而减慢速度，停止，然後自由落體回到恒星表面。

詞源

約翰·米歇爾（John Michell）在1783年11月寫給亨利·卡文迪什（Henry Cavendish）的信中使用了“暗星”一詞，而在20世紀初，物理學家使用了“引力塌縮物體”一詞。

科學作家馬西婭·巴圖夏克（Marcia Bartusiak）將“黑洞”一詞追溯到物理學家羅伯特·H·迪克（Robert H. Dicke），據報導，迪克在20世紀60年代初將這種現象與加爾各答黑洞進行了比較，加爾各答黑洞因監獄而臭名昭著，人們進入那裡卻永遠不會活著離開。

“黑洞”一詞於1963年在《生命與科學新聞》雜誌的印刷版中使用，以及科學記者Ann Ewing在她1964年1月18日的文章“太空中的‘黑洞’”中使用，該文章是關於美國科學促進會在俄亥俄州克利夫蘭舉行的一次會議。

據報導，1967年12月，一名學生在約翰·惠勒的一次演講中提出了“黑洞”一詞； 惠勒因其簡潔和“廣告價值”而採用了這個術語，並且很快就流行起來，導致一些人相信惠勒創造了這個短語。