怎样探测黑洞呢？

你可能从电视里播放的天文学节目中或从杂志的文章 中了解过黑洞。自从1915年爱因斯坦在“广义相对论”中预言了黑洞的存在后，我们就没有停止过对这些奇异的物体进行想象。

恒星是巨大而令人惊异的聚变反应器。由于恒星体积庞大且由气体组成，因此强大的重力场总是试图使恒星发生坍缩。在内核发生的聚变反应就像一个巨大的热核弹，总是试图使恒星发生爆炸。重力作用与爆炸作用之间的平衡决定了恒星的体积。

当一颗体积庞大的恒星死亡后，剩余的部分就是黑洞。通常，一颗体积庞大的恒星的内核至少是太阳质量的3倍。

当恒星死亡后，由于发生核聚变的能源已经耗尽，所以核聚变就会停止。同时，恒星的重力将物质向内推，挤压内核。内核压缩后，温度升高，最终爆炸形成超新星。在爆炸中，物质和辐射会被抛入太空。剩余的部分就是高度压缩、体积极大的内核。

由于内核重力极大，它就会沉入时空，从我们的视野中消失，在时空中形成一个洞。这就是为什么这种物体被称为“黑洞”的原因。原来那颗星的内核现在变成黑洞的中心，被称为“奇点”。黑洞的开口处叫作“视界”。

你可以把视界当作黑洞的洞口。物体一旦从视界经过，就会永远消失。而在视界中，一切事件（时空中的点）都停止了，任何物体甚至包括光都无法逃出黑洞。黑洞可以分为两种类型。

史瓦西黑洞是最简单的黑洞，它的内核不发生旋转。这类黑洞只有一个奇点和一个视界。

克尔黑洞可能是最常见的黑洞。由于形成黑洞的恒星当时正在旋转，所以这类黑洞也进行旋转。当旋转的恒星坍缩后，内核继续旋转，在黑洞中也是如此。克尔黑洞有以下组成部分。

◇ 奇点：坍缩后的内核。

◇ 视界：黑洞的开口处。

◇ 能层：视界附近扭曲空间中的鸡蛋状区域（黑洞在旋转过程中“拖动”其周边区域，使之发生变形）。

◇ 静态极限：能层与正常区域的分界处。

如果一个物体进入了能层，它就可以在黑洞的旋转运动中获取能量，从而被黑洞抛射出去。但是，如果它穿过了视界，就会被黑洞吸进去，永远无法逃离。在黑洞里究竟发生着什么我们一无所知，甚至我们最新的物理理论在奇点附近区域也不适用。

尽管我们无法看到黑洞，但我们还是能够或可能对黑洞的3个属性进行测量。

☆ 质量。

☆ 电荷。

☆ 旋转速率（角动量）。

目前，我们仅可以依靠黑洞周围物体的运动来测量黑洞的质量。如果黑洞有一个伙伴（另一颗恒星或物质圆盘），也许就可以测量出黑洞周围物质的旋转半径或轨道速度。可以通过旋转运动定律或改进后的开普勒行星运动第三定律来计算黑洞的质量。

如何探测黑洞

尽管无法看见黑洞，但我们可以通过观测黑洞对其周围物体的影响来探测或猜测黑洞的存在。可以对以下的影响进行监测。

☆ 根据以黑洞为运动轨道或螺旋进入黑洞内核的物体，来推测黑洞的质量。

☆ 引力透镜效应。

☆ 发出的辐射。

◎ 质量

许多黑洞周围都有其他物体，通过观察这些物体的活动，可以探测黑洞的存在。然后，再对这些周围物体的运动进行测量，来计算黑洞的质量。

我们需要寻找的是这样一颗恒星或一个气盘，它的活动状况显示出周围似乎存在一个质量巨大的物体。比如，一颗可见星或一个气盘来回摆动或发生旋转，却看不出导致运动的原因，那么看不见的原因就可能是由大于3个太阳质量（换句话说就是，一个物体由于过于庞大，不可能是中子星）的庞大物体引起的，或者说这些运动可能是由黑洞引起的。然后，我们就可以通过观察黑洞在可见物体上产生的影响来推测黑洞的质量。

比如，在星系NGC4261的内核，有一个棕色螺旋状的圆盘正在旋转。这个圆盘的体积和太阳系类似，但却比太阳重12亿倍。这个圆盘的质量如此巨大，表明这个圆盘内部可能存在着一个黑洞。

◎ 引力透镜效应

爱因斯坦的“广义相对论”认为，重力可以使空间发生弯曲。这一看法后来在一次日食中得到了证实。人们分别在这次日食发生前、发生过程中以及发生后，对一颗恒星的位置进行了测量。在太阳重力的作用下，光线发生弯曲，因此这颗恒星的位置发生了变化。因此，如果在地球与一个遥远的物体之间存在一个重力极大的物体（比如一个星系或黑洞），那么从这个遥远物体发出的光线就会发生弯曲，光线就会集中成点，就像透镜的原理一样。

◎ 发出的辐射

当物质从伴星落入黑洞时，物质的温度就会升高到几百万度，运动速度也会变快。这些温度极高的物质会发射出X射线，这种射线可以通过X射线望远镜如钱德拉X射线太空望远镜进行探测。

天鹅座X-1星是一个强大的X射线源，被认为是一个不错的候选黑洞。人们相信，来自伴星HDE226868的恒星风可以把物质吹到黑洞区域周围的吸积盘（一个盘状的物质区域）上。当这一物质落入黑洞内时，就会发射出X射线。

除X射线外，黑洞还能将物体高速抛射出去，形成射流。据观察，许多星系都存在这种射流现象。目前，我们认为这些星系的中心存在着一些特大体积的黑洞（几十亿个太阳质量），这些黑洞能够产生射流和强大的射电辐射。