宇宙小课堂：******

宇宙小课堂：黑洞，黑洞！

只吃不吐的“怪兽”

大家好，这里是北京天文馆副研究员，首席编导刘茜的科学小课堂。今天我们要来讲讲一个神秘又诱人的怪东西，它就是——黑洞。

黑洞是什么呢？这个很难解释。不过，只要是飞向黑洞的物体，在遇到黑洞表面的时候，就不会停顿。如果有一个人掉进黑洞里，他也根本没办法知道——自己是什么时候进来的。黑洞是一种奇怪的天体。茫茫宇宙，你可以看到一个黑漆漆、圆滚滚的家伙就在那里，可是——你永远也摸不到它的表面的！

所以，黑洞和我们平时说的“洞”，是很不一样的。如果你在一个山洞里，能够伸手摸到山洞的墙壁；如果你在地上挖一个洞，这个洞也有实实在在的洞壁，但是，黑洞没有实在的边缘，它的表面，是被光线划分出来的边界。黑洞边界外的光线，能够脱离黑洞到达我们这里，所以我们能看到黑洞外的一切；而黑洞边界里的光线，却没有办法逃离黑洞，一定会被黑洞的引力拉回去的。

黑洞的边界是由光线划分出来的Credit：XMM-Newton, ESA, NASA

连光线都不能逃出来！那其他物质呢？当然就更逃不出来了。黑洞就像个只吃不吐的怪兽，落到黑洞里的物质，连个动静都发不出来！对外界来说，就是直接消失了。这可够天文学家苦恼的了！因为黑洞这个家伙，实在是太会保护自己的隐私啦！两个黑洞摆在一起，你只能靠质量和自转速度来区分它们，其他的，什么特征都没有，而且它自己也不会发光。所以，只要黑洞想安安静静独自呆着，那就谁也不可能看见它。

图2：黑暗的黑洞

幸好，黑洞大部分时候，都不会自己安安静静呆着。它质量非常大，周围的物质总是会抵抗不住引力，朝它坠落下去。由于黑洞的引力太大了，朝它落下去的物质，最后会达到超级超级高的速度，这些超高速运行的物质，在掉进黑洞之前，一边绕着黑洞飞速旋转，一边发出特别亮的X光。这被天文学家看到了，他们才知道，哦，这儿有一个黑洞。

图3：银河系中心黑洞，发出的X光暴露了它的位置Credit：NASA/JPL-Caltech 

也就是说，黑洞就好像是一个穿着发光外套的隐形人；虽然自己隐形得很好，但是一走出来还是会被发现。

图4：一个被吸积盘围绕着的黑洞Credit：NASA/Dana Berry/SkyWorks Digital

黑洞的奇怪之处，还不只这一点。它的质量存在着严重的两极分化：小的黑洞，有几个、几十个太阳那么大，大的相当于几百万、几千万个太阳也不稀奇，而中不溜的，相当于几百、几千个太阳的黑洞呢，到现在还没发现过。

我们现在发现的小黑洞，都在银河系里，是由比太阳大好多倍的恒星变成的。我们之前讲过，恒星在燃烧完所有的核原料，不再产生能量之后，就会抵抗不了自己的质量产生的压力，不断地收缩。质量比较小的恒星最后收缩成白矮星，更大一些的继续收缩成中子星，质量足够大的那些恒星，还要进一步收缩，最后会变成的，就是黑洞！

图5：天文学家在一个叫NGC 300的星系里，发现了这么一个由恒星变成的黑洞（左），它的质量约为20个太阳；右边的蓝色伴星以后也会成为一个黑洞（艺术家绘制的概念图）Credit:ESO/L. Calçada/M.Kornmesser

而大黑洞呢，它们都会藏在星系的中心。很多星系的中心，包括我们所在的银河系，中心都有一个质量超大的黑洞。这种超大的大黑洞，就不是由一颗恒星能够变成的了。科学家猜测：它是和星系一起演化，一边和其他黑洞合并，一边大口大口吃着周围的物质，这样成长起来的。

图6：隐藏在星系中心的超大质量黑洞  （艺术家绘制的概念图）credit：NASA/JPL-Caltech 

这种超大质量的黑洞，在活跃的时候，整个星系都要受它的影响。因为它太大啦！只要周围有足够多的物质给它吞下去，它就能让周围变得超级明亮。有多么明亮呢？尽管这种活跃的黑洞，最少也离我们几十万、上百万光年，最远最远的一个，发出的光要花130多亿年才能来到我们这里；而从我们地球上看来，它们竟然显得，跟银河系里的一颗暗星差不多！

正因为如此，最早发现它们的天文学家，将这种天体叫做类星体。类星体这么小又这么亮，到底是为什么？天文学家想尽了办法来解释。最后发现，它只能是黑洞。只有黑洞，才能产生这么多能量，才能这么高效地，把周围的物质变成能量，让星系的核心，发出如此明亮的光。

图7：类星体ULAS J1120+0641，是目前发现的早期宇宙里最明亮的天体。它发出的光要花131亿年才能来到地球，中心的黑洞质量是太阳的20亿倍 （艺术家绘制的概念图）Credit:ESO/M. Kornmesser

黑洞这么厉害，它的个头儿有多大呢？一个质量相当于10个太阳的黑洞，腰围是185千米，大家记住，这个比例永远是保持不变的！按这个比例，如果我们的地球变成黑洞，那它外观上，也就和一颗花生米差不多大！以此类推，如果月球变成黑洞，会比一粒豌豆还小！

图8：太空星云间的黑洞  

谁也没有见过黑洞里面是什么样子的，而且就算有人进去了，也没法把消息发出来。所以关于黑洞表面和里面的事儿，都还是科学家们的猜测。

有人猜测，在某些黑洞里，会有一个和外界没什么区别的时空，就像是一个小小的宇宙，人们可以在里面正常生活。还有人认为，通过黑洞的中心，能够穿越到另一个时空，形成一个时间机器。

还有的科学家设想：黑洞的能量这么大，能不能利用起来，制造一个用黑洞发电的发电机，那我们就永远不用为能源发愁啦。

好了宝贝儿，今天的科学家小课堂就到这儿了。你长大以后，想要当一名，用黑洞制造时间机器的科学家，还是用黑洞建造发电站的科学家呢？在留言里告诉我吧。