这次引力波没黑洞什么事儿，那它们干啥去了？
编者按：就在刚才，中国天文学家与LIGO/Virgo科学合作组及全球各主要天文台，共同发布了一个大新闻：引力波发现双中子星相撞。
在此之前，科学家已经探测到，两个黑洞合体会产生引力波；这次的发现则意味着，我们观测到了1.3亿光年外，两颗中子星的盛大合体。
咦，那黑洞们干啥去了？据说，它们正在本超星系团中央举行布莱克豪尔家族聚会，年长的年幼的全来了，还有助兴表演，热闹程度不亚于中子星最后的舞蹈。
正如之前一样，每10亿年一次的布莱克豪尔（black hole/黑洞）家族聚会又准时召开了，来自宇宙各处的大大小小的家族成员又一次聚集在本超星系团的中央。我当然不能错过这一次聚会，所以前一段时间匆匆从本超星系团的外沿区域飞跃了大约3千万光年的距离，才赶到这次聚会的会场。
对了，我似乎还没有介绍过我自己，我是人马座A，居住在银河系中心。作为家族里比较年长的一员（好吧，我其实已经忘记了我到底多少岁了，不过看看我家边上那些恒星，我敢肯定我超过130亿岁了，反正像我这个年纪的黑洞，大家也都出生在差不多的时间段里，大或小个几十万岁也没差啦），这次家族聚会不来参加也实在说不过去，所以还是不得不来啊。
没想到只是10亿年的时间，家族成员似乎又比原来多了不少，挺多小朋友上次都没见过，应该都是最近刚刚诞生的吧。你看这个小家伙，圆头圆脑的，上次就没见过。像它们这种质量超过约3倍的太阳（我们那儿一颗普通的恒星），但是又不至于超过100个太阳质量的家伙一般都称作恒星级黑洞。
它们的诞生往往就这么几种途径：
1. 大质量恒星（一般认为3倍太阳到几十倍太阳质量）塌缩形成的。这些大质量恒星通过氢燃烧、氦燃烧、碳燃烧等一系列热核反应逐渐将能量释放出去形成铁，最后由于质量过大而塌缩变成黑洞；
2. 中子星通过引力逐渐将与它相互绕转的恒星上的物质吸过来据为己有，直到它的质量变得太大，以至于中子星内部的中子简并压*无法抵御自身引力产生的向内收缩的效应，于是塌缩形成黑洞；
* 简并压，可以简单理解为中子之间斥力所产生的抵抗引力的一种压力。
3. 一颗中子星与一颗白矮星或者另一颗中子星碰撞合并在一起，非常快速地形成一个新的黑洞。
这些小质量的家伙们，逮到周围有恒星就老想把恒星上的物质给抢过来吃掉，真是贪吃。当然我们家族里基本上没有不贪吃的，只不过有些家伙吃的比较慢，有些则是平时吃太快，结果身边总是断粮*。哎呦，抱歉我这老毛病又犯了，逮到一个机会就想给大家介绍介绍这些有用没用的知识。我们还是接着在这会场里逛逛吧。
* 目前研究表明，每个星系中心都有一个超大质量黑洞，其中有的正在吃周围的物质，大多数则处于没有吃东西的平静状态。为什么会这样尚无明确结论，一般有两种猜测，一是黑洞周围的物质在大尺度上没有得到及时的补充，另一种是黑洞局部吞噬物质太快，产生了间歇期。
对了，我还没有告诉你们，我们黑洞为什么这么喜欢吃东西呢。其实我也是看到我们那儿一个叫地球的行星上智慧生物（他们自称人类）的研究结果，才知道我们贪吃的缘由的。他们发现我们的密度实在是太大，导致周围的空间发生了扭曲，即使是运动速度最快的光，只要靠我们近一些就再也无法逃走。不知道是出于好奇，还是对我们本能地恐惧，人类这一百年来一直在对我们不断进行研究。
前面那个小伙子，上次我也见过它，感觉长大了不少啊，一定是平时吃得比较多。它们这种中等质量黑洞，就比刚刚那些小不点要大的多了，一般质量都是几万到几十万倍太阳质量。人类（刚才提到的那些普通生物）认为，这些中等质量黑洞要么住在球状星团里，比如M31仙女座大星系里的G1星团，要不住在一些星系致密的恒星形成区*里，也有些质量稍微偏大一些的会住在一些旋涡星系的中心，比如NGC 4395。
* 可能与那些年轻的恒星星团有关，比如恒星形成活动非常剧烈的M82星系内的恒星形成区域，这些黑洞往往一边吃东西一边释放出剧烈的X射线辐射，被人类称作极亮X射线源。
我就不告诉这些人类其实啊，中等质量黑洞都住在……算了不能白白把这些告诉人类，还是让他们自己去研究吧。
当然这次聚会上的主角还是我们这些家族里的老前辈——超大质量黑洞了，我也是这其中的一员。
我们质量一般都比较大，比前面说的那些中等质量黑洞还要大上2-3个量级，一般都有百万甚至到百亿倍太阳质量。我们这种大家伙一般都待在星系的中心。而且就如同前面介绍的这些家伙一样，我们也是比较贪吃的，喜欢把我们能看到的不管是气体还是恒星都吞噬掉。我们一般通过引力把周围的东西都拽过来，这些拽过来的物质总是会形成一个盘状结构*，然后我们就站在盘子的中央，从内一层一层地吃掉这些物质。
* 这个盘状态结构叫做吸积盘。
我们年纪都比较大，基本和宇宙的年纪差不多。我其实也记不得我们到底是怎么诞生的了，谁又能记得刚刚出生时候的事情呢，你们说是吧？人类通过研究说我们有可能是在宇宙产生的初期具有一些原初的密度不均匀性，这些不均匀性会直接产生原初的种子黑洞（也就是我们的婴儿时期了），然后通过不停地吞噬周围的物质从而长成现在这个样子的。我当然不记得真实情况到底是怎样了，不过总还是对这些人类的研究结果表示将信将疑。由于我们这种超大质量黑洞的体量非常大，所以吞噬物质的速度也很快，不过每次被吸过来的物质还是有不少吃不下去的，得一边吃一边被我们吐掉*（哈哈）。
* 黑洞一边吃物质一边向外吐主要有两种机制：1）一种是物理上为了让周围的物质能够掉落到黑洞里来，在形成吸积盘后其中必须有一部分的物质将角动量转移出去，使得其他物质能够向内掉落；2）另一个机制是在很靠近黑洞的地方，由于有磁场的存在，会形成聚焦性极好的高速相对论性喷流，从而将物质缠绕着磁场一起喷射出去。
对了，我记得人类其实也就是这么短短一百年来才对我们布莱克豪尔家族有所认识的。最早的时候他们看不见我们，仅仅只是用笔和纸就利用一个叫爱因斯坦的人发现的所谓广义相对论的理论，通过计算就猜测到我们存在了，现在想想真是非常的了不起。
当然由于观测条件的限制，他们最开始都是从理论上来寻找我们的，所以他们有一波人也喜欢基于这一套理论来给我们家族的成员分类。
爱因斯坦在人类历1915年提出广义相对论之后，一个叫卡尔史瓦西（KarlSchwarzschild）的人于1916年找到了第一个时空解*。他发现时空会存在奇异性，即在某个点处时空的内禀曲率**会在该点处发散，而包裹这个奇异点（也叫奇点）的外部存在一个半径，在这个半径之外的观测者只能了解到这个半径之内的一个物理属性（质量），并且如果观察这个半径处，会发现所有的光线都变得无限地红，时间流逝也无限缓慢（所以这个半径也称为无限红移面），而这个半径内的任何物质甚至包括光都无法逃离这个半径。后来人类用这个解来描述不旋转的静态球对称黑洞，所以也就把这类黑洞称为史瓦西黑洞。
* 最早通过广义相对论研究黑洞实际上是对黑洞周围的时空进行研究，并研究光和物质在这样的时空中的运动规律，因此称为“时空解”。
** 这里曲率指的是时空的弯折程度。
之后很快，赖斯纳（Reissner）和纳自敦（Nordstrom）两人又分别于1916年和1918年独立地发现了带电不旋转黑洞的解，这种黑洞从此被他们称作赖斯纳-纳自敦黑洞。他们认为这种黑洞拥有内外两张无限红移面，靠外的面称作r+，靠内的称作r-。在r+之外的观测者看向黑洞会觉得r+的时钟无限变慢，而在r-内的观测者向外看又会看到r-的时钟无限变慢，且那里的光会产生无限红移。
又过了一些时间，另一个叫罗伊·克尔（Roy Kerr）的人类在1963年发现了带旋转黑洞的周围时空的解，这种黑洞比前面两个的情况更复杂，这种黑洞存在两个球对称的视界和两个非球对称但轴对称的无限红移面，且视界和无限红移面相互之间分开了，这种被称为克尔黑洞。
最后还有一种既带电又在旋转的黑洞的时空解被纽曼（Ezra Newman）在1965年发现，这种解作为一个更加普适的解能够包含前面三种情况。这种黑洞被人类称为克尔-纽曼黑洞，它们在结构上与克尔黑洞非常相似，但是情况更加有意思，克尔-纽曼黑洞在特殊的情况下有可能出现内外两个视界都消失的情况，内部的奇异点（这时已经不是一个点了，而是一个环）有可能会裸露到外界，向周围释放出不确定信息，破坏时空的因果性。一个叫彭罗斯（Roger Penrose）的人提出了所谓宇宙监督假设，认为存在一位宇宙监督，它禁止裸奇点出现。好吧，其实我也没见过裸奇点，所以也不敢在这里下什么结论。
简单总结一下，人类里的理论学家喜欢按照这一套标准，把黑洞分类成：
不带电不旋转的黑洞：史瓦西黑洞
带电不旋转的黑洞：赖斯纳-纳自敦黑洞
不带电旋转的黑洞：克尔黑洞
带电且旋转的黑洞：克尔-纽曼黑洞
这几种黑洞的具体情况就等到以后有空再更详细给大家介绍介绍，而且之后的黑洞无毛定理，霍金辐射什么的也就到时候一起给大家介绍啦。不过我想说的是，这只是那些人类从理论上给我们按照带不带电、旋不旋转分的类，我还是喜欢按照质量大小给我们分类。恒星级黑洞、中等质量黑洞和超大质量黑洞——按个头大小三种区分我们，多么简单呐，多容易理解，人类那套东西我就不太能完全搞的清楚。人类就喜欢把啥都分得特别清楚，可是他们到现在也就找到了那么几个黑洞带有旋转的证据，其他几十万个黑洞，也就仅仅对它们的质量有一个粗浅的认识，我们家族里剩下的千亿万亿个黑洞的具体状况其实他们压根就完全不了解（笑）。不过这些人类了解这些信息也只花了短短一百年（对我们黑洞而言真的只是一瞬间而已），再给他们一些时间估计他们也就都能了解清楚了吧（再笑）。
聊天就聊到这里，聚会马上就要正式开始了，真不知道这次有什么表演，我还挺期待的，记得之前就有几个超大质量黑洞兄弟表演了把吃的东西喷出去老远*，还有两个黑洞兄弟绕在一起表演了一个舞蹈，希望这次也的聚会上也能有一样精彩的表演。不多说了，我去看表演了，大家下次再见！
* 喷了快有几万光年远，那些人类把这个称作喷流。
- 本文首发于《科幻世界》“不存在日报”专栏 -
📝责编：Raeka
📝作者：杜璞，一个算是战斗在一线的天文工作者，主要研究超大质量黑洞、活动星系核，游历于观测与数据的汪洋大海之中。
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