摘要：当剩余核心质量大于3.2倍太阳质量时，将会在引力作用下继续塌缩成黑洞。第三，黑洞吞噬恒星等物质时，这些物质会被黑洞的巨大引力撕扯成气体。

据报道，北京时间4月10日21点，也就是今天晚上全球六地将同步发布首张黑洞照片，届时黑洞的真面目将展露，同时也将印证广义相对论的正确性，可谓是一场意义非凡的科学盛宴。

黑洞是人类预言的天体

1915年爱因斯坦完成了广义相对论，天体物理学从此进入一个预言与被验证的新世纪。黑洞即是由广义相对论预言的天体。1916年，德国天文学家卡尔·史瓦西通过计算爱因斯坦引力场方程，预言宇宙中存在一种“不可思议的天体”，在这种天体周围存在一个界面——“视界”，一旦进入“视界”范围内，即使是光也无法逃脱，这种特殊天体被命名为黑洞。

黑洞是如何产生的？

从天体的物理特性来讲，黑洞是由一个密度无限大、时空曲率无限高、体积无限小，热量无限大的奇点和周围空空如也的界面组成。当质量足够大的恒星在核聚变反应的燃料耗尽而死亡后发生引力坍缩便产生了黑洞。

根据质量大小分类，黑洞分为恒星级质量黑洞、超大质量黑洞和中等质量黑洞。

恒星级质量黑洞，是指质量从几倍到几百倍太阳的质量的黑洞。一般认为，大质量恒星演化到晚期后，核心的燃料用尽，所产生的能量无法抵挡自身物质向内的引力，会发生塌缩，并以超新星爆炸结束自己的生命。当剩余核心质量大于3.2倍太阳质量时，将会在引力作用下继续塌缩成黑洞。

超大质量黑洞，是指质量大于几百万倍太阳质量的黑洞。通过更小质量黑洞的碰撞并合，以及更小质量的黑洞吞噬气体尘埃而成。2017年12月7日，美国卡耐基科学研究所科学家发现有史以来最遥远的超大质量黑洞，其质量是太阳的8亿倍。

中等质量黑洞，是指质量介于前两者之间的黑洞。此类黑洞可能有三种原因产生，一是恒星级质量黑洞的并合或恒星级质量黑洞通过吞噬气体成长形成；二是宇宙大爆炸过程中形成的原初黑洞；三是经星团历练后的大质量恒星塌缩而成。

太阳会变成黑洞吗？

从黑洞产生的原理来看，太阳的质量不足以最终变身为黑洞。但是太阳作为一颗恒星也会有衰老、塌缩的命运。在约50亿年后，太阳先是膨胀成一颗巨大的红巨星，进而任性地将大量的外层物质抛洒到周围空间，形成行星状星云。太阳残存的本体则高度收缩成一颗超致密的白矮星。由于白矮星内部不在产生新的能量，因此将会经历一个特别缓慢的降温过程，最后变成一颗冷冰冰的黑矮星。

人类如何观测黑洞

专业地讲，黑洞是时空曲率大到光都无法从其事件视界逃脱的天体。它完全不发射和反射任何电磁波，因此肉眼无法直接观测，人类只能借由物质被吸入之前放出的“边缘讯息”，或者借由间接观测恒星或星际云气团绕行轨迹来捕捉黑洞。具体来说有四种方法可以“看见”黑洞：

第一，远方天体发出的光线在黑洞附近会被弯曲，黑洞扮演了引力透镜的角色。很多来自遥远背景星系的光线在途径前方星系或者黑洞产生的引力场时，发生了扭曲而形成“弧形”，甚至可变成圆环形。

第二，一些天体系统，2颗恒星因彼此间的引力吸引作互绕运动。而某些这类双星系统中只能看到一颗恒星，它绕着某个不可见的伴星做轨道运动，这时候便可判断黑洞的存在。另外，在绝大多数星系的中心都存在着一个超大质量黑洞。正如地球绕太阳转，星系中的恒星也都围绕这个超级黑洞旋转。

第三，黑洞吞噬恒星等物质时，这些物质会被黑洞的巨大引力撕扯成气体；这些气体在黑洞视界外围形成一个旋转的气体吸积盘；吸积盘中气体高速旋转，气体之间的摩擦会产生大量的热并发出强烈的X射线；通过捕捉宇宙中的X射线，可以推断黑洞的存在。

有的黑洞处于双星系统，另一个天体是正常恒星；正常恒星的物质进入黑洞周围的吸积盘中，吸积气体的量过多时会沿着黑洞的两个转轴将多余的气体抛射出，产生喷流。吸积盘和喷流都能产生电磁辐射，科学家利用地面或者太空望远镜就可以探测到黑洞的存在。中国发射的“慧眼”太空望远镜就是利用这个方法观测黑洞。

第四，引力波是目前研究双恒星级质量黑洞的唯一手段。2016年2月11日，科学家利用高级LIGO探测器（引力波探测器），首次探测到了来自于双黑洞合并的引力波信号。

人类如何实现给黑洞“拍照”？

此次即将公布的黑洞第一张照片是通过事件视界望远镜（EHT）实现的。

事件视界是指黑洞周围形成的界面。它像一堵无形的墙将内部被高度扭曲的时空和外界时空隔离开；界面以内的物质无法逃离，其本身还将继续收缩成密度无限大的奇点。本次给黑洞拍照的EHT系统，实际上就是尝试通过拥有地球直径的“虚拟望远镜”来观测黑洞“事件视界”的图像。

在这张照片中，我们可能会看到黑洞的“暗影”。广义相对论预言，如果黑洞后面有一个类似于吸积盘的平面光源，平面光源发出的光子会受到黑洞的强引力影响。天空平面会被一个名为“黑洞视边界”的圆环一分为二。从视觉上，在视边界内侧的亮度明显更弱，相比之下，看起来就像是一个圆形的阴影，外面包围着一个明亮的光环，故得名黑洞“暗影”。