怎樣探測黑洞呢？

你可能從電視里播放的天文學節目中或從雜志的文章 中了解過黑洞。自從1915年愛因斯坦在“廣義相對論”中預言了黑洞的存在后，我們就沒有停止過對這些奇異的物體進行想象。

恒星是巨大而令人驚異的聚變反應器。由于恒星體積龐大且由氣體組成，因此強大的重力場總是試圖使恒星發生坍縮。在內核發生的聚變反應就像一個巨大的熱核彈，總是試圖使恒星發生爆炸。重力作用與爆炸作用之間的平衡決定了恒星的體積。

當一顆體積龐大的恒星死亡后，剩余的部分就是黑洞。通常，一顆體積龐大的恒星的內核至少是太陽質量的3倍。

當恒星死亡后，由于發生核聚變的能源已經耗盡，所以核聚變就會停止。同時，恒星的重力將物質向內推，擠壓內核。內核壓縮后，溫度升高，最終爆炸形成超新星。在爆炸中，物質和輻射會被拋入太空。剩余的部分就是高度壓縮、體積極大的內核。

由于內核重力極大，它就會沉入時空，從我們的視野中消失，在時空中形成一個洞。這就是為什么這種物體被稱為“黑洞”的原因。原來那顆星的內核現在變成黑洞的中心，被稱為“奇點”。黑洞的開口處叫作“視界”。

你可以把視界當作黑洞的洞口。物體一旦從視界經過，就會永遠消失。而在視界中，一切事件（時空中的點）都停止了，任何物體甚至包括光都無法逃出黑洞。黑洞可以分為兩種類型。

史瓦西黑洞是最簡單的黑洞，它的內核不發生旋轉。這類黑洞只有一個奇點和一個視界。

克爾黑洞可能是最常見的黑洞。由于形成黑洞的恒星當時正在旋轉，所以這類黑洞也進行旋轉。當旋轉的恒星坍縮后，內核繼續旋轉，在黑洞中也是如此。克爾黑洞有以下組成部分。

◇ 奇點：坍縮后的內核。

◇ 視界：黑洞的開口處。

◇ 能層：視界附近扭曲空間中的雞蛋狀區域（黑洞在旋轉過程中“拖動”其周邊區域，使之發生變形）。

◇ 靜態極限：能層與正常區域的分界處。

如果一個物體進入了能層，它就可以在黑洞的旋轉運動中獲取能量，從而被黑洞拋射出去。但是，如果它穿過了視界，就會被黑洞吸進去，永遠無法逃離。在黑洞里究竟發生著什么我們一無所知，甚至我們最新的物理理論在奇點附近區域也不適用。

盡管我們無法看到黑洞，但我們還是能夠或可能對黑洞的3個屬性進行測量。

☆ 質量。

☆ 電荷。

☆ 旋轉速率（角動量）。

目前，我們僅可以依靠黑洞周圍物體的運動來測量黑洞的質量。如果黑洞有一個伙伴（另一顆恒星或物質圓盤），也許就可以測量出黑洞周圍物質的旋轉半徑或軌道速度。可以通過旋轉運動定律或改進后的開普勒行星運動第三定律來計算黑洞的質量。

如何探測黑洞

盡管無法看見黑洞，但我們可以通過觀測黑洞對其周圍物體的影響來探測或猜測黑洞的存在。可以對以下的影響進行監測。

☆ 根據以黑洞為運動軌道或螺旋進入黑洞內核的物體，來推測黑洞的質量。

☆ 引力透鏡效應。

☆ 發出的輻射。

◎ 質量

許多黑洞周圍都有其他物體，通過觀察這些物體的活動，可以探測黑洞的存在。然后，再對這些周圍物體的運動進行測量，來計算黑洞的質量。

我們需要尋找的是這樣一顆恒星或一個氣盤，它的活動狀況顯示出周圍似乎存在一個質量巨大的物體。比如，一顆可見星或一個氣盤來回擺動或發生旋轉，卻看不出導致運動的原因，那么看不見的原因就可能是由大于3個太陽質量（換句話說就是，一個物體由于過于龐大，不可能是中子星）的龐大物體引起的，或者說這些運動可能是由黑洞引起的。然后，我們就可以通過觀察黑洞在可見物體上產生的影響來推測黑洞的質量。

比如，在星系NGC4261的內核，有一個棕色螺旋狀的圓盤正在旋轉。這個圓盤的體積和太陽系類似，但卻比太陽重12億倍。這個圓盤的質量如此巨大，表明這個圓盤內部可能存在著一個黑洞。

◎ 引力透鏡效應

愛因斯坦的“廣義相對論”認為，重力可以使空間發生彎曲。這一看法后來在一次日食中得到了證實。人們分別在這次日食發生前、發生過程中以及發生后，對一顆恒星的位置進行了測量。在太陽重力的作用下，光線發生彎曲，因此這顆恒星的位置發生了變化。因此，如果在地球與一個遙遠的物體之間存在一個重力極大的物體（比如一個星系或黑洞），那么從這個遙遠物體發出的光線就會發生彎曲，光線就會集中成點，就像透鏡的原理一樣。

◎ 發出的輻射

當物質從伴星落入黑洞時，物質的溫度就會升高到幾百萬度，運動速度也會變快。這些溫度極高的物質會發射出X射線，這種射線可以通過X射線望遠鏡如錢德拉X射線太空望遠鏡進行探測。

天鵝座X-1星是一個強大的X射線源，被認為是一個不錯的候選黑洞。人們相信，來自伴星HDE226868的恒星風可以把物質吹到黑洞區域周圍的吸積盤（一個盤狀的物質區域）上。當這一物質落入黑洞內時，就會發射出X射線。

除X射線外，黑洞還能將物體高速拋射出去，形成射流。據觀察，許多星系都存在這種射流現象。目前，我們認為這些星系的中心存在著一些特大體積的黑洞（幾十億個太陽質量），這些黑洞能夠產生射流和強大的射電輻射。