黑洞是广义相对论预言的一种特殊的天体.其基本特征是有一个封闭的视界.任何东西,包括光在内,只要进入视界以内都会被吞噬掉.
黑洞的概念最早出现是1798年,当时拉普拉斯根据牛顿力学计算出,一个直径为太阳250倍而密度与地球一样的天体,其引力足以捕获其发出的光线而成为一个暗天体.1939年,奥本海默根据广义相对论证明一个无压球体在自身引力作用下能坍缩到引径rg.rg=2GM/(c*c)当天体的质量M大于临界质量Mc时,引力坍塌后就不可能达到任何的稳态,只能形成黑洞.黑洞只有三个特征量分别是质量M、角动量J和电荷Q.Q=0的黑洞为轴对称的克尔黑洞,J=Q=0时的黑洞为球对称的史瓦西黑洞.
1974年,霍金证明黑洞具有与其温度相对应的热辐射,称为黑洞的发射.黑洞的质量越大,温度越低,发射过程就越慢,反之亦然.
找寻黑洞是当代天文学的一个重要课题.银河系内的恒星级黑洞候选者有天鹅座X-1等.另外天文学家们还发现大星系的中心通常会隐匿着一个百万太阳质量以上的巨型黑洞.如在超巨星系M87的中心就很可能隐匿着质量达30亿个太阳的黑洞.而按照大爆炸学说,在宇宙形成早期可能会产生一些质量为10的15次方克的小黑洞.
通俗版回答：
由于黑洞本身不发光,所以用任何强大的望远镜都看不见黑洞.尽管如此,大多数科学家仍相信,宇宙中有着许许多多黑洞.当大质量的恒星演化到晚年,经过超新星爆发,就有可能坍缩成黑洞.在宇宙早期,也会形成一些小黑洞.小黑洞的体积只有原子核那么大,质量和一座山差不多,达到上亿吨,里面蕴藏的能量相当于10个大型的发电站.
黑洞就像一个谜,没有人能看见它.但黑洞强大的吸引力会影响它附近的天体,这些天体在被黑洞吸引、吞没的过程中,会发射出x射线或γ射线,而一旦落入黑洞,便无影无踪.科学家就是通过观测这些射线,发现了黑洞的蛛丝马迹.例如,天鹅座x—1的伴星可能就是一个黑洞.还有科学家认为,银河系的中心也存在一个巨大的黑 洞.
200多年前,伟大的科学家牛顿正在苹果树下休息,忽然,一个熟透了的苹果掉在他身旁,激发了他的灵感,促使他发现了地球的引力.对天体来说,质量大的天体,它的引力也大.如月球的质量比地球小得多,因此月球的引力也小.一个在地球上重75公斤的人登上月球,他的重量变成12.5公斤了.还有这么一个特殊的天体,它的质量比太阳还要大得多,所以它的引力也超常的巨大,无论什么物体只要靠近它,就会被它吞没,就连速度很快的光线也无法逃脱,被它紧紧地吸住,不能再出来.正因为光线也会被它吞没,所以我们就看不见这个特殊的天体,天文学家就把它叫做“黑洞”.一切物体只要被它吸进去就再也出不来,就像掉进无底洞一样,只进不出.
实际上黑洞并不是一个实在的星球,而是一个天区,黑洞的物质都集中在这个天区的中心,它有极强的引力.被吸进去的外来物体就像水流入下水道那样,成螺旋状地被卷进去.由于摩擦生热,物体进入黑洞后,黑洞的温度可升高到几百万度.另外,物体在进入黑洞永远消失之前,会发射出粒子束,如X射线.科学家们用仪器去测试这种X射线,从而探寻黑洞的存在.
究竟黑洞是怎么形成的呢?我们知道,天体受到两种力的约束,一是向内的引力,一是向外的压力.如果压力大于引力,天体就膨胀.反之,引力大于压力,天体就会坍缩.绝大多数的恒星是由氢和氦组成的,而氢是核反应所需要的重要元素.恒星内部不停地进行核聚变反应,产生向外膨胀的压力.一颗比太阳大的恒星,核聚变反应所产生的压力能与引力相抗衡.一旦恒星内部进行核反应的材料用完后,巨大的引力会使恒星向内坍缩,就像房屋断了横梁和支柱后,会向中心坍去.天体坍缩时,体积迅速缩小,而它的密度却迅速增大,这时所形成的特殊天体就是黑洞.
黑洞原先是通过严格的物理规律预言出来的.但是,最近美国宇航局所属的戈达德空间飞行中心的科学家分析了天文卫星从黑洞的X射线所获得的数据后,发现NGC3516星系中心近旁铁原子的X射线光谱揭示,有物质以每秒2917公里的速度,被吸入星系内不见了.科学家指出,这是人们第一次观测到黑洞吸进物质的直接证据.
神秘的黑洞一直是科学家十分关注的热点,还有许多未解之谜.