黑洞是一種引力極強(qiáng)的天體,就連光也不能逃脫。當(dāng)恒星的史瓦西半徑小到一定程度時(shí),就連垂直表面發(fā)射的光都無(wú)法逃逸了。這時(shí)恒星就變成了黑洞。說(shuō)它“黑”,是指它就像宇宙中的無(wú)底洞,任何物質(zhì)一旦掉進(jìn)去,“似乎”就再不能逃出。由于黑洞中的光無(wú)法逃逸,所以我們無(wú)法直接觀測(cè)到黑洞。然而,可以過(guò)測(cè)量它對(duì)周圍天體的作用和影響來(lái)間接觀測(cè)或推測(cè)到它的存在。黑洞引申義為無(wú)法擺脫的境遇。
黑洞的產(chǎn)生過(guò)程類似于中子星的產(chǎn)生過(guò)程;恒星的核心在自身重量的作用下迅速地收縮,發(fā)生強(qiáng)力爆炸。當(dāng)核心中所有的物質(zhì)都變成中子時(shí)收縮過(guò)程立即停止,被壓縮成一個(gè)密實(shí)的星球。但在黑洞情況下,由于恒星核心的質(zhì)量大到使收縮過(guò)程無(wú)休止地進(jìn)行下去,中子本身在擠壓引力自身的吸引下被碾為粉末,剩下來(lái)的是一個(gè)密度高到難以想象的物質(zhì)。由于高密度而產(chǎn)生的力量,使得任何靠近它的物體都會(huì)被它吸進(jìn)去。
也可以簡(jiǎn)單理解:通常恒星的最初只含氫元素,恒星內(nèi)部的氫原子時(shí)刻相互碰撞,發(fā)生裂變、聚變。由于恒星質(zhì)量很大,裂變與聚變產(chǎn)生的能量與恒星萬(wàn)有引力抗衡,以維持恒星結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定。由于裂變與聚變,氫原子內(nèi)部結(jié)構(gòu)最終發(fā)生改變,破裂并組成新的元素——氦元素。接著,氦原子也參與裂變與聚變,改變結(jié)構(gòu),生成鋰元素。如此類推,按照元素周期表的順序,會(huì)依次有鈹元素、硼元素、碳元素、氮元素等生成。直至鐵元素生成,該恒星便會(huì)坍塌。這是由于鐵元素相當(dāng)穩(wěn)定不能參與裂變或聚變,而鐵元素存在于恒星內(nèi)部,導(dǎo)致恒星內(nèi)部不具有足夠的能量與質(zhì)量巨大的恒星的萬(wàn)有引力抗衡,從而引發(fā)恒星坍塌,最終形成黑洞。
跟白矮星和中子星一樣,黑洞可能也是由質(zhì)量大于太陽(yáng)質(zhì)量20倍以上的恒星演化而來(lái)的。當(dāng)一顆恒星衰老時(shí),它的熱核反應(yīng)已經(jīng)耗盡了中心的燃料(氫),由中心產(chǎn)生的能量已經(jīng)不多了。這樣,它再也沒(méi)有足夠的力量來(lái)承擔(dān)起外殼巨大的重量。所以在外殼的重壓之下,核心開(kāi)始坍縮,直到最后形成體積小、密度大的星體,重新有能力與壓力平衡。
物質(zhì)將不可阻擋地向著中心點(diǎn)進(jìn)軍,直至成為一個(gè)體積很小、密度趨向很大。而當(dāng)它的半徑一旦收縮到一定程度(一定小于史瓦西半徑),巨大的引力就使得即使光也無(wú)法向外射出,從而切斷了恒星與外界的一切聯(lián)系——“黑洞”誕生了。