黑洞解释：它们如何形成以及科学已证实的内容

美国航空航天局(NASA)将黑洞定义为一个重力如此之大以至于任何东西（甚至光）都无法逃逸的区域。这个区域周围的可见边界称为事件视界：这是逃逸重力拉力所需的速度超过光速的点，根据NASA官方的黑洞概述。

根据NASA的公众教育网站，在那个边界内，来自坍塌恒星的剩余物质被认为会压缩成一个称为奇异点的无限小的点。尽管体积很小，其重力拉力控制着事件视界内的一切。

恒星黑洞如何形成

美国航空航天局(NASA)指出，当质量超过太阳质量约20倍的恒星耗尽其内核的核燃料并在自身重力下坍塌时，就会形成一个恒星质量黑洞。坍塌会引发一次超新星爆炸，吹掉恒星的外层，而内核则继续向内坍塌。NASA指出，一旦坍塌的内核超过大约三个太阳质量，坍塌成黑洞就变得不可避免，因为没有已知的力量能够阻止它。

恒星之所以能够保持其形状，通常是因为核融合产生的向外压力与其自身重力的向内拉力相平衡。当燃料耗尽时，这种平衡被打破，重力压缩内核直到形成黑洞，根据同一NASA解释。

并非所有黑洞的大小都相同

美国航空航天局(NASA)的黑洞概述按质量区分了几个类别。恒星质量黑洞的质量范围约为三到几十个太阳质量，分散在整个银河系中。超大质量黑洞位于大多数大型星系的中心，包括我们自己的星系，其质量在10万到数十亿个太阳质量之间。

第三类中等质量黑洞，其质量约为100到超过10,000个太阳质量，长期以来一直被怀疑存在，根据美国航空航天局(NASA)的说法，仅通过间接证据识别了少数候选黑洞。美国航空航天局(NASA)将2019年的引力波探测（如下所述）描述为迄今为止这一类最令人信服的例子。

不依赖于看光的证明

由于黑洞不发射光，科学家间接地确认了它们的存在。美国航空航天局(NASA)指出了几种方法：探测来自事件视界附近被加热到极端温度的物质的X射线和无线电波，观察以接近光速运动的粒子流，这些粒子流发射无线电波、X射线和伽玛射线，以及探测引力波——这是时空中的涟漪，首次在2015年从一个名为GW150914的事件中测量，当时两个黑洞相互螺旋运动并合并，根据美国航空航天局(NASA)的说法。

引力波方法后来首次确认了中等质量黑洞。根据LIGO官方探测页面，LIGO科学合作和Virgo合作在2020年9月2日宣布他们探测到一个信号，标记为GW190521，来自2019年5月21日发生的事件。两个质量分别约为85和66个太阳质量的黑洞合并成一个142个太阳质量的单一残余物——这是对中等质量黑洞的首次明确探测，LIGO指出。

LIGO还指出，这次合并在科学上值得注意，因为前身的质量落在所谓的对不稳定质量间隙内，这是一个范围（大约65到120个太阳质量），标准恒星坍塌理论不能预测黑洞应该直接形成，这暗示这些物体本身可能来自早期的合并。

看到黑洞的阴影

除了间接探测之外，天文学家还制作了一张直接图像。事件视界望远镜是一个全球无线电天文台网络，在2019年发布了第一张黑洞的图像——位于M87星系中心的黑洞，估计质量为65亿个太阳质量，距离约5500万光年，根据美国航空航天局(NASA)的黑洞概述。

该图像显示一个明亮的发光气体环围绕一个黑暗的中央"阴影"，这是黑洞的事件视界对落入物质的光投射出的轮廓。

仍然不确定的事情

根据美国航空航天局(NASA)，超大质量黑洞的起源仍然鲜为人知，尽管证据表明它们已经存在于星系的最早历史中。