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第一章黑洞（第2页）

这张红外波段图像拍摄的是我们所居住银河系的中心部位，所有银河系的恒星都围绕银心部位可能存在的一个大质量黑洞公转。据美国太空网报道，一项新的研究显示，宇宙中最大质量的黑洞开始快成长的时期可能比科学家原先的估计更早，并且仍在加成长。

一个来自以色列特拉维夫大学的天文学家小组现，宇宙中最大质量黑洞的次快成长期出现在宇宙年龄约为12亿年时，而非之前认为的2o~4o亿年。天文学家们估计宇宙的年龄约为138.2亿年。

同时，这项研究还现宇宙中最古老、质量最大的黑洞同样具有非常快的成长。有关这一现的详细情况表在《天体物理学报》杂志上。

如果黑洞足够大，宇航员会开始觉察到拉着他脚的重力比拉着他头的重力更强大，这种吸引力拖着他无情地向下落，重力差会迅加大而将他撕裂（拉伸线），最终他的遗体会被分解而落入黑洞那无限致密核心。

普金斯基和他的两个学生艾哈迈德·艾姆哈里、詹姆斯·萨利，加上该校的另一位弦理论学家唐纳德·马洛夫一起，对这一事件进行了重新计算。根据他们的计算，却呈现出完全不同的另一番场景：量子效应会把事件视界变成沸腾的粒子大漩涡，任何东西掉进去都会撞到一面火焰墙上而被瞬间烤焦。

美国宇航局有关一个大质量黑洞及其周围物质盘，炙热的物质团（一个呈粉红色，一个呈黄色）每一个的体积都与太阳相当，环绕距离黑洞较近的轨道运行。科学家认为所有大型星系中心都存在大质量黑洞。黑洞一直在吞噬被称之为“活跃星系核”

的物质。由于被明亮并且温度极高的下落物质盘环绕，黑洞的质量很难确定。根据刊登在《自然》杂志上的一篇研究论文，基于对绕黑洞运行物质旋转度的计算结果，37个已知星系中心黑洞的质量实际上低于此前的预计。

根据黑洞本身的物理特性质量，角动量，电荷划分，可以将黑洞分为五类。

不旋转不带电荷的黑洞：它的时空结构于1916年由史瓦西求出，称史瓦西黑洞。

不旋转带电黑洞：称R-n黑洞。时空结构于1916至1918年由赖斯纳（Reissner）和纳自敦（nordstrom）求出。

旋转不带电黑洞：称克尔黑洞。时空结构由克尔于1963年求出。

一般黑洞：称克尔-纽曼黑洞。时空结构于1965年由纽曼求出。

双星黑洞：与其他黑洞彼此之间相互绕转的黑洞。

转动且带电荷的黑洞，叫做克尔--纽曼黑洞。这种结构的黑洞视界和无限红移面会分开，而且视界会分为两个（外视界r+和内视界r-），无限红移面也会分裂为两个（rs+和rs-）。外视界和无限红移面之间的区域叫做能层，有能量储存在那里。越过外无限红移面的物体仍有可能逃离黑洞，这是因为能层还不是单向膜区。

（其中，m、J、Q分别代表黑洞的总质量、总角动量和总电荷。a=Jmc为单位质量角动量）

单向膜区内，r为时间，s是空间。穿过外视界进入单向膜区得物体，将只能向前，穿过内视界进入黑洞内部。内视界以里的区域不是单向膜区，那里有一个“奇环”

，也就是时间终止的地方。物体可以在内视界内自由运动，由于奇环产生斥力，物体不会撞上奇环，不过，奇环附近有一个极为有趣的时空区，在那里存在“闭合类时线”

，沿这种时空曲线运动的物体可以不断地回到自己的过去。

宇宙中大部分星系，包括我们居住的银河系的中心都隐藏着一个大质量黑洞。这些黑洞质量大小不一，大约99万～4oo亿个太阳质量。天文学家们通过探测黑洞周围吸积盘出的强烈辐射和热量推断这些黑洞的存在。物质在受到强烈黑洞引力下落时，会在其周围形成吸积盘盘旋下降，在这一过程中势能迅释放，将物质加热到极高的温度，从而出强烈辐射。黑洞通过吸积方式吞噬周围物质，这可能就是它的成长方式。

这项最新的研究采用了全世界最先进的地基观测设施，包括位于美国夏威夷莫纳克亚山顶，海拔4ooo多米处的北双子座望远镜，位于智利帕拉那山的南双子座望远镜，以及位于美国新墨西哥州圣阿古斯丁平原上的甚大阵射电望远镜。

观测结果显示，出现在宇宙年龄仅为12亿年时的活跃黑洞，其质量要比稍后出现的大部分大质量黑洞质量小91o。但是它们的成长度非常快，因而它们的质量要比后者大得多。通过对这种成长度的测算，研究人员可以估算出这些黑洞天体之前和之后的展路径。

该研究小组现，那些最古老的黑洞，即那些在宇宙年龄仅为数亿年时便开始进入全面成长期的黑洞，它们的质量仅为太阳的99到2ooo倍。研究人员认为这些黑洞的形成和演化可能和宇宙中最早的恒星有关。

天文学家们还注意到，在最初的12亿年后，这些被观测的黑洞天体的成长期仅仅持续了2亿到4亿年。

这项研究是一个已持续9年的研究计划的成果。特拉维夫大学主持的这项研究旨在追踪研究宇宙中最大质量黑洞的演化，并观察它们对宿主星系产生的影响。

2o15年3月1日，北京大学吴学兵教授等人在一个光类星体里现了一片质量为太阳12o亿倍的黑洞，并且该星体早在宇宙形成的早期就已经存在。科学家称，如此巨大的黑洞的形成无法用现有黑洞理论解释。

该现对2o14年之前的宇宙形成理论带出了挑战。至2o15年的宇宙理论认为，黑洞及其宿主星系的展形态基本上是亘古不变的。

德国麦克斯普兰喀天文机构的研究员布拉姆·维尼曼斯（BramVenemans）说道，最新现的黑洞体量相当于太阳的4oo亿倍，科学家编号为s5oo14+81，比先前现的同时期黑洞的总和还大出一倍。而在银河系的中央潜伏的黑洞比太阳大2o倍-5oo万倍。

197o年，美国的“自由”

号人造卫星现了与其他射线源不同的天鹅座x-1，位于天鹅座x-1上的是一个比太阳重3o多倍的巨大蓝色星球，该星球被一个重约1o个太阳的看不见的物体牵引着。天文学家一致认为这个物体就是黑洞，它就是人类现的第一个黑洞。

1928年，萨拉玛尼安·钱德拉塞卡（天体物理学家）到英国剑桥跟英国天文学家阿瑟·爱丁顿爵士（一位宣讲相对论的物理家）学习。钱德拉塞卡意识到，泡利不相容原理所能提供的排斥力有一个极限。恒星中的粒子的最大度差被相对论限制为光。这意味着，恒星变得足够紧致之时，由不相容原理引起的排斥力就会比引力的作用小。钱德拉塞卡计算出；一个大约为太阳质量一倍半的冷的恒星不能支持自身以抵抗自己的引力。（这质量称为钱德拉塞卡极限）前苏联科学家列夫·达维多维奇·兰道几乎在同时也现了类似的结论。

如果一颗恒星的质量比钱德拉塞卡极限小，它最后会停止收缩并终于变成一颗半径为几千英里和密度为每立方英寸几百吨的“白矮星”

。白矮星是它物质中电子之间的不相容原理排斥力所支持的。第一颗被观察到的是绕着夜空中最亮的恒星——天狼星转动的那一颗。

兰道指出，对于恒星还存在另一可能的终态。其极限质量大约也为太阳质量的一倍或二倍，但是其体积甚至比白矮星还小得多。这些恒星是由中子和质子之间，而不是电子之间的不相容原理排斥力所支持。所以它们被叫做中子星。它们的半径只有1o英里左右，密度为每立方英寸几亿吨。在中子星被第一次预言时，并没有任何方法去观察它，很久以后它们才被观察到。

另一方面，质量比钱德拉塞卡极限还大的恒星在耗尽其燃料时，会出现一个很大的问题：在某种情形下，它们会爆炸或抛出足够的物质，使自己的质量减少到极限之下，以避免灾难性的引力坍缩，不管恒星有多大，这总会生。爱丁顿拒绝相信钱德拉塞卡的结果。爱丁顿认为，一颗恒星不可能坍缩成一点。这是大多数科学家的观点：爱因斯坦自己写了一篇论文，宣布恒星的体积不会收缩为零。其他科学家，尤其是他以前的老师、恒星结构的主要权威——爱丁顿的敌意使钱德拉塞卡抛弃了这方面的工作，转去研究诸如恒星团运动等其他天文学问题。然而，他获得1983年诺贝尔奖，至少部分原因在于他早年所做的关于冷恒星的质量极限的工作。

钱德拉塞卡指出，泡利不相容原理不能够阻止质量大于钱德拉塞卡极限的恒星生坍缩。但是，根据广义相对论，这样的恒星会生什么情况呢。这个问题被一位年轻的美国人罗伯特·奥本海默于1939年次解决。然而，他所获得的结果表明，用当时的望远镜去观察不会再有任何结果。以后，因第二次世界大战的干扰，奥本海默卷入到***计划中去。战后，由于大部分科学家被吸引到原子和原子核尺度的物理中去，因而引力坍缩的问题被大部分人忘记了。