黑洞如何形成以及为什么它们是宇宙最极端的物体

根据美国宇航局的说法，黑洞是一个空间区域，其中重力强大到无物能逃脱，一旦越过称为事件视界的边界，即使是光也无法逃脱。这个单一特性——空间中的单向表面——正是使这些物体成为物理学中已知最极端环境的原因，而不是它们的可见大小。

黑洞如何形成

最容易理解的途径是恒星坍塌。美国宇航局解释说，质量超过太阳质量约20倍的恒星最终会耗尽其核燃料；此后核心向内坍塌，而外层在超新星爆炸中被吹散。如果残留的压碎核心仍然保持超过大约三个太阳质量，美国宇航局表示，没有已知的力量能阻止该核心坍塌成黑洞。

欧空局描述了同样的机制：一旦质量超过阈值的恒星核被压缩到足够小的体积，其自身重力就会压倒其他所有物理力，物体继续收缩，直到光无法离开它。根据美国宇航局的说法，黑洞可以通过拉入周围气体而继续增长，这个过程称为吸积。欧空局指出，仅靠吸积很难解释一些超大质量黑洞在宇宙历史早期如何增长得如此之大，这是科学家研究中等质量黑洞作为可能缺失环节的原因之一。

一个单独的、更不确定的想法涉及宇宙最早的时刻。一些理论提出，原始黑洞可能在大爆炸之后不久直接从极端条件形成，不涉及任何恒星。欧空局表示，其欧几里得任务可能有助于测试这样的物体是否存在，以及它们是否可以占宇宙暗物质的一部分。

四个等级，由质量定义

美国宇航局和欧空局根据黑洞所含的质量主要将其分为不同类别，因为质量决定了大小、重力强度和形成路线。

什么使它们极端

事件视界是使黑洞与众不同的特征。美国宇航局将其描述为逃逸速度超过光速的点，因此无物——包括光本身——能向外穿过。因为没有光逃脱，黑洞本身不发出光；天文学家检测到的是这个边界外面的物质的光辉。

根据美国宇航局对黑洞结构的描述，这种光来自吸积盘，这是从附近恒星或气体云中拉出的物质，向内螺旋并在接近事件视界时加热。在积极吞噬的超大质量黑洞周围，这个区域——称为日冕——达到约十亿度的温度，并产生高能X射线，粒子以接近光速的速度运动。

在最中心，根据美国宇航局的说法，广义相对论预测了一个奇点，一个物质被压缩到无限密度的点。它被描述为落过事件视界的任何东西的最终目的地，尽管物理学家注意到这是当前重力理论崩溃的地方，而不是给出在那里实际发生什么的完全测试的描述。

直接看到黑洞

因为黑洞不发出自己的光，天文学家无法直接拍摄它们——他们拍摄黑洞在周围发光气体上投射的影子。事件视界望远镜（EHT）是一个通过甚长基线干涉测量技术连接的全球无线电天文台网络。根据该协作伙伴欧洲南方天文台（ESO）的说法，EHT首次拍摄了超大质量黑洞M87*（2019年）和射手座A*（银河系中心黑洞，2022年）的图像。

欧空局指出，射手座A*的质量大约是太阳的400万倍，距离地球约27,000光年，但从我们的观点来看，欧空局将其描述为看起来不比放在月球表面的甜甜圈更大。美国宇航局分别报告说，由EHT在2019年拍摄的M87*拥有超过60亿个太阳质量，其事件视界美国宇航局说会远远超过太阳系的行星。

欧空局指出，这样的图像让科学家能够直接探测黑洞边界处时空的行为，这是在可观察的最极端引力条件下测试广义相对论的一种方式。