在天文学中所有遥远的概念中，黑洞可能是最奇怪的。在这个空间区域，物质是如此紧密地聚集在一起，以至于看上去没有任何东西——甚至光本身都无法逃脱，这些黑暗的庞然大物呈现出一种相当可怕景象。随着所有正常的物理规则在其内部被打破，人们很容易把黑洞看作是科幻小说里的东西。然而，有大量直接和间接的证据表明，它们确实存在于宇宙中。
1.爱因斯坦的“可靠预测”
作为一种理论可能性，黑洞在1916年被卡尔·史瓦西预言，他发现它们是爱因斯坦广义相对论的必然结果。换句话说，如果爱因斯坦的理论是正确的，那么黑洞就一定存在。随后，罗杰·彭罗斯和斯蒂芬·霍金为这一理论打下了更坚实的基础，根据剑桥大学的说法，他们证明任何物体坍缩成黑洞都会形成一个奇点，在那里传统的物理定律会失效。这一发现已被广泛接受，彭罗斯因证明黑洞是爱因斯坦广义相对论的直接结果而获得2020年诺贝尔物理学奖。
2.伽玛射线暴
据美国国家航空航天局(NASA)称，上世纪30年代，印度天体物理学家萨勃拉曼尼亚·钱德拉塞卡(Subramanian Chandrasekhar)观察了一颗恒星耗尽所有核燃料后的情况。他发现，最终结果取决于恒星的质量。据美国国家航空航天局称，如果这颗恒星真的很大，比如说20倍太阳质量，那么它致密的核心——本身可能是太阳质量的3倍或更多——会一直坍缩直至成为一个黑洞。最后的核心坍缩发生得非常快，大约在几秒钟内，它以伽马暴的形式释放出巨大的能量。这种爆炸向太空辐射的能量相当于一颗普通恒星一生中所释放的能量。地球上的望远镜已经探测到许多这样的爆炸，其中一些来自数十亿光年之外的星系;所以我们可以看到黑洞的诞生。
3.引力波
黑洞并不总是孤立存在的——有时它们成对出现，围绕对方旋转。此时，它们之间的引力相互作用会在时空上产生涟漪，并以引力波的形式向外传播——这是爱因斯坦相对论的另一个预测。据Space.com报道，有了美国激光干涉引力波天文台和意大利室女座干涉仪等天文台，我们现在有能力探测到这些波。第一个发现涉及到两个黑洞的合并，早在2016年就宣布了，此后又发现了更多的黑洞。据 Live Science报道，随着探测器灵敏度的提高，除了黑洞合并外，其他的产波事件正在被发现——比如黑洞和中子星之间的碰撞，它发生在我们所在星系之外，距离地球6.5亿到15亿光年。
4.隐伴星
产生伽马射线爆发和引力波的短暂高能事件可能在观测过程中偶然可见，但在黑洞生命周期的大部分时间里，由于其特殊的性质，几乎无法探测到。事实上，它们没有发出任何光或其他辐射，这意味着它们可能就潜伏在我们附近，而天文学家却没有意识到它。不过，有一种可靠的方法可以探测到这些黑暗中的野兽，那就是通过它们对其他恒星的引力效应。当在2020年观察到普通的双星系统（HR6819）时，天文学家注意到这两颗可见恒星的运动状态非常奇怪，只有在那里有第三个完全看不见的物体时才能解释。当他们计算出它的质量至少是太阳的四倍时，研究人员知道只剩下一种可能性了——它只可能是一个黑洞。正如Live Science报道的那样，迄今发现的离我们最近的黑洞，只有一千光年的距离。
5.X射线
黑洞的第一个观测证据出现在1971年，这也是来自我们银河系中的一个双星系统。该星系被称为天鹅座X-1，它能产生宇宙中最亮的x射线。据美国国家航空航天局（NASA）称，这些物质不是从黑洞本身发出的，也不是从其可见的伴星发出的。伴星是巨大的，质量约为太阳的33倍。相反，物质不断地从这颗巨星中剥离出来，并被拖进黑洞周围的吸积盘，x射线就是从这个吸积盘中发射出来的。就像他们研究HR 6819所做的那样，天文学家可以利用观测到的恒星运动来估计天鹅座X-1中看不见的物体的质量。据Live Science报道，最新的计算结果显示，这个21倍太阳质量的黑暗物体集中在一个如此小的空间里，除了黑洞外不可能是其他任何东西。
6.超大质量黑洞
据报道，除了通过恒星坍缩产生的黑洞之外，有证据表明，从宇宙早期开始，潜伏在星系中心的超大质量黑洞，每一个都有数百万甚至数十亿太阳质量。
以所谓的活动星系为例，这些重量级恒星的证据是惊人的。根据美国宇航局的说法，这些星系中的中心黑洞被吸积盘包围，吸积盘在所有波长的光下产生强烈的辐射。我们也有证据表明，银河系星系的中心有一个黑洞。这是因为我们看到那个区域的恒星旋转速度如此之快——高达光速的8%——它们一定是绕着非常小、非常大质量的轨道运行。目前的估计表明，银河系的中心黑洞大约有400万太阳质量。
7.“意大利面化”
黑洞存在的另一个证据是……“意大利面化”。你可能会想，什么是意大利面化？想象当你坠入黑洞时会发生什么，结果是不言自明的。在黑洞的巨大引力作用下，你会被拉成细丝。幸运的是，这不大可能发生在你或你认识的任何人身上，但这很可能是一颗离超大质量黑洞太近的恒星的命运。
2020年10月，天文学家们目睹了这种粉碎的过程——或者至少，他们看到了一颗不幸的恒星被撕裂时发出的闪光。幸运的是，意大利面化并没有发生在地球附近的任何地方，而是发生在距离地球2.15亿光年远的一个星系中。
8.直接图像
到目前为止，我们已经有了大量令人信服的黑洞间接证据：辐射或引力波的爆发，或对其他物体的动态效应，这是科学已知的任何其他物体都不可能产生的。但最后一次锁定是在2019年4月，以活跃星系梅西耶87星系中心的超大质量黑洞的直接图像出现。这张令人惊叹的照片是由事件地平线望远镜拍摄的——一个有点误导性的名字，因为它由一个个分散在世界各地的大型望远镜网络组成，而不是一个仪器。根据美国宇航局的说法，可以参与的望远镜越多，空间越广，最终的图像质量就越好。这一结果清楚地显示了65亿太阳系质量的黑洞在其周围吸积盘的橙色光芒下的暗影。
（独家编译：科幻世界）
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