黑洞解釋：它們如何形成以及科學已確認的內容

美國宇航局（NASA）將黑洞定義為一個重力極其巨大的區域，沒有任何東西（包括光線）能夠從中逃脫。環繞此區域的可見邊界稱為事件視界：這是引力逃逸速度超過光速的點，根據NASA的官方黑洞概述。

根據NASA為公眾提供的教育網站，在該邊界內，來自坍縮恆星的剩餘物質被認為會壓縮成一個無限小的點，稱為奇點。儘管其體積極小，但其引力控制著事件視界內的一切。

恆星黑洞如何形成

NASA指出，當質量超過太陽質量約20倍的恆星耗盡其核心中的核燃料並在自身重力作用下塌縮時，就會形成恆星質量的黑洞。塌縮會引發超新星爆炸，炸掉恆星的外層，而核心則持續向內塌陷。NASA指出，一旦塌縮的核心超過約三倍太陽質量，塌縮成黑洞就變成不可避免的，因為沒有已知的力量能夠阻止它。

恆星通常能保持其形狀，因為核融合產生的向外壓力與其自身重力的向內拉力達到平衡。當燃料耗盡時，這種平衡就會破裂，重力會壓縮核心直到形成黑洞，根據同一NASA的解釋。

並非所有黑洞都具有相同的大小

NASA的黑洞概述根據質量區分了幾個類別。恆星質量黑洞的質量從約三倍太陽質量到幾十倍太陽質量不等，分散在銀河系各處。超大質量黑洞位於大多數大型星系（包括我們自己的星系）的中心，質量在10萬倍至數十億倍太陽質量之間。

根據NASA的說法，第三類是中等質量黑洞，質量約為100到10000多倍太陽質量，這類黑洞長期以來一直被懷疑存在，但通過間接證據確認的候選對象寥寥無幾。NASA將2019年的一次引力波探測（下文將介紹）描述為迄今為止最令人信服的該類例子。

不依賴於看到光的證據

由於黑洞不發出光，科學家間接地確認了它們的存在。NASA指出了幾種方法：探測來自靠近事件視界極端溫度物質的X射線和無線電波、觀察以接近光速運動發出無線電波、X射線和伽瑪射線的粒子噴流，以及探測引力波——根據NASA的說法，這是時空中的漣漪，首次在2015年從一個稱為GW150914的事件中測量到，當時兩個黑洞螺旋進入彼此並合併。

引力波方法後來首次產生了確認的中等質量黑洞。根據LIGO的官方探測頁面，LIGO科學合作組織和Virgo合作組織在2020年9月2日宣布，他們探測到了一個信號，命名為GW190521，來自2019年5月21日發生的事件。質量約為85和66倍太陽質量的兩個黑洞合併成一個142倍太陽質量的單一殘餘體——LIGO表示這是首次清晰探測到的中等質量黑洞。

LIGO還指出，這次合併在科學上值得注意，因為祖先黑洞的質量落在所謂的對不穩定質量間隙內，即約65至120倍太陽質量的範圍，標準恆星塌縮理論在此範圍內不預測黑洞應該直接形成，這表明這些天體本身可能是由早期合併產生的。

看到黑洞的陰影

除了間接探測，天文學家還製作了直接圖像。事件視界望遠鏡是全球無線電觀測站網絡，在2019年發布了黑洞的第一張圖像——位於星系M87中心的黑洞，根據NASA的黑洞概述，其質量估計為65億倍太陽質量，距離約為5500萬光年。

該圖像顯示明亮的發光氣體環圍繞著黑暗的中央「陰影」，即黑洞事件視界投射在流入物質光線上的剪影。

仍然不確定的是什麼

根據NASA的說法，超大質量黑洞的起源仍然知之甚少，儘管證據表明它們在星系的早期歷史中就已經存在。