黑洞
hēi dòng
黑洞是太空中的一个区域，那里的引力强到一旦越过事件视界，就连光也无法逃脱。
Definition
黑洞是太空中的一个地方，那里的引力拉得如此之强，以至于任何东西都无法逃脱，就连光也不行，这正是它看起来一片漆黑的原因；质量最大的恒星坍缩后就会留下一个黑洞。黑洞的边界叫作事件视界，在其内部，逃逸速度会超过光速。恒星级黑洞由质量超过约太阳 $20$ 倍的恒星形成，而质量达到数百万到数十亿个太阳质量的超大质量黑洞，则位于大多数大型星系的中心。在广义相对论中，黑洞是时空弯曲到足以形成视界的一个区域，对于不旋转的质量 $M$，其半径就是史瓦西半径 $r_s = 2GM/c^2$。黑洞完全可以由质量、自旋和电荷这三个量来描述，天文学家通过吸积盘发出的X射线、伴星的轨道运动、引力透镜效应以及并合产生的引力波来探测黑洞。
Example
2019年，天文学家公布了第一张黑洞阴影的图像，拍摄自M87星系，画面中是一个被炽热发光气体环绕的黑色圆环。位于银河系中心的人马座A星，质量约为 $4$ 百万个太阳质量，这是通过追踪以每秒数千千米速度绕它运行的恒星测得的。对于太阳，$r_s \approx 3\ \text{km}$；对于地球，约为 $9\ \text{mm}$；对于人马座A星，约为 $1.2 \times 10^7\ \text{km}$，大约是太阳半径的 $17$ 倍。
Key Insight
黑洞并不是宇宙中的吸尘器：如果太阳变成一个质量相同的黑洞，地球依然会像现在一样继续绕着它公转，只是会变得又冷又暗。我们从来看不到黑洞本身，只能看到它造成的效应，比如恒星绕着一个看不见的天体运行，或者气体在螺旋坠入时被加热到数百万度。在远处看，黑洞的引力和同等质量的普通天体没有区别；真正特别的地方在于它极度致密，而2015年LIGO探测到两个黑洞并合产生的引力波，则以最直接的方式证实了这类天体的存在。