黑洞体量竟有上限

正星系中心的超大质量黑洞是宇宙间最重的天体,银河系中心黑洞的质量堪比400万个太阳,天文学家还曾发现体重为数十亿个太阳的黑洞。可是这些大质量黑洞究竟能增大到什么程度呢?一位天体物理学家说,质量上限是太阳的500亿倍。黑洞通过围绕其旋转的气体和尘埃组成的吸积盘吸取物质,不断长大。吸积盘的摩擦导致物质向黑洞内部移动,直至被黑洞引力撕碎后吞噬。这一过程使气体温度极高,以致达到发光的程度,这     

时空奇点和黑洞——2020年诺贝尔物理学奖解读

2020年度诺贝尔物理学奖于北京时间2020年10月6日晚揭晓,其中一半奖金授予罗杰·彭罗斯(Roger Penrose),表彰他“发现黑洞的形成是广义相对论的必然预言”;另一半奖金授予莱因哈德·根泽尔(Reinhard Genzel)和安德里亚·格兹(Andrea Ghez),因为他们“在银河系中心发现了一个超大质量的致密天体”。文章着重对彭罗斯及其时空奇点研究进行介绍,包括黑洞、奇点定理、宇宙监督假设等内容。     

黑洞、暗物质、反物质及宇宙的未来

一、黑洞 现在已有越来越多的证据证实黑洞的存在,那么黑洞是怎么产生的呢？一是宇宙形成时就产生了一些黑洞,再就是恒星的坍缩产物中有一种是黑洞．大恒星的坍缩产物就是黑洞．现在间接观测和推断的结论是：不仅各大星系中都有黑洞,而且在某些星系中心也都有一个大黑洞． 二、暗物质 所谓暗物质就是不能用光学方法直接探测到的物质．理论上认为,暗物质本身既不发光,又不与光发生作用（比如,它不反射光）,只存在万有引力．按现有的天体物理理论计算暗物质占整个宇宙质量的９０％．而我们能观测到的各星系质量仅占整个宇宙质量的１０…     

黑洞

 自从宇宙原初火球发生大爆作以来,两百亿年过去了,宇宙间的万事万物,都在不停地发生着变化.而唯一不变的,就是时空的拓扑结构.在我们的时空拓扑的框架之内,大质量星体演化的最终产物之一,就是黑洞的形成.现代广义相对论理论预言,黑洞将大量地存在于我们的宇宙之中.所以,我们说黑洞不仅是天体物理学家的研究对象,而且是一些科幻小说家的热门话题.     

彭罗斯对广义相对论和黑洞理论的贡献

这篇文章列出了2020年诺贝尔物理学奖获得者彭罗斯对广义相对论和黑洞理论做出的重要贡献.它包括著名的奇点定理、彭罗斯图、彭罗斯过程和宇宙监督假设等.介绍了彭罗斯和霍金之间的友谊和合作.也简要介绍了另两位2020年诺贝尔物理学奖获得者根泽尔和盖兹对存在于银河系中心的超大质量致密天体的发现.     

黑洞与奇点

黑洞可以说是引力最极端的体现,其视界内是个连光也逃不出去的时空区域。近来黑洞在天 文观测方面取得令人惊讶的发展,这其中包括：黑洞碰撞的引力波探测以及M87 星系的超大质量 黑洞的所谓第一张黑洞照片。但是在理论的层面上,黑洞物理尚有许多未解之谜。其中,信息遗失 的悖论是最有名的。但是,有另一个问题至少和信息的丢失一样{甚至更加{令人费解的,就是黑洞 内部的奇点性质。时空奇点是广义相对论本身无法描述的,在那里究竟发生什么事？黑洞内部的奇 点和宇宙大爆炸时的奇点有何不同？奇点是否会裸露在黑洞外面？所谓“宇宙监督猜想”的假设目 前有何进展？我们在这篇半科普的文章中简单的介绍这些课题,希望本文章对物理和数学的本科生 有所帮助。     

银河系中心超大质量黑洞

通过对位于银河系中心的非热、致密射电源人马座A*（Sagittarius A*）的高分辨率甚长基线干涉(VLBI)观测,文章作者及其合作者成功地得到人马座A*的固有辐射区域的直径仅为1个天文单位,支持其是超大质量黑洞的物理解释.文章在较详细地介绍此研究的同时,也简要提及了从黑洞概念的最早提出至今的200多年里人们在黑洞物理认知上的一些重大进展.可以预期,未来亚毫米波VLBI观测将有望揭示银河系中心超大质量黑洞的阴影结构.     

空间硬X射线调制望远镜

用宇宙作为物理实验室,探索在地球上无法企及的条件下,例如极早期宇宙或黑洞视界附近强引力场中的物理规律,已成为新世纪物理学和天文学共同的前沿课题;空间天文观测是其中一个最重要的研究途径.自主研制和发放空间硬X射线调制望远镜(HXMT),实现中国空间天文卫星零的突破,是中国<"十一·五"空间科学发展规划>的目标之一.HXMT将实现宽波段X射线(1-250 keV)巡天,其中在硬X射线波段具有世界最高灵敏度和空间分辨率,发现大批被尘埃遮挡的超大质量黑洞和未知类型天体,探测宇宙硬X射线背景辐射;HXMT还将通过对黑洞和其他高能天体宽波段X射线时变和能谱的观测,研究致密天体极端物理条件下的动力学和辐射过程.基于成像技术创新提出HXMT项目迄今已有15年,能不能抓住技术创新所提供的科学机遇仍然是一个严重的挑战.     

空间硬X射线调制望远镜

用宇宙作为物理实验室,探索在地球上无法企及的条件下,例如极早期宇宙或黑洞视界附近强引力场中的物理规律,已成为新世纪物理学和天文学共同的前沿课题;空间天文观测是其中一个最重要的研究途径.自主研制和发放空间硬X射线调制望远镜(HXMT),实现中国空间天文卫星零的突破,是中国《“十一·五”空间科学发展规划》的目标之一. HXMT 将实现宽波段X射线 (1—250 keV) 巡天,其中在硬X射线波段具有世界最高灵敏度和空间分辨率,发现大批被尘埃遮挡的超大质量黑洞和未知类型天体,探测宇宙硬X射线背景辐射;HXMT还将通过对黑洞和其他高能天体宽波段X射线时变和能谱的观测,研究致密天体极端物理条件下的动力学和辐射过程. 基于成像技术创新提出HXMT项目迄今已有15年,能不能抓住技术创新所提供的科学机遇仍然是一个严重的挑战.     

暗物质不会全是黑洞

搜寻超新星的引力透镜(黑洞为透镜天体)事件无果而终。研究人员因此得出结论：黑洞无法解释宇宙中所有的暗物质。     

黑洞果真无毛吗

 黑洞是现代天文学中最诱人的发现之一,其含义极具魔力。它是宇宙中看不到的恒星,它起初被认为是封闭的世界,人们几乎无法探测它是无底深渊,几乎能吞噬一切所有近旁的物质,包括光子在内,当然我们就看不见这一天体了,剩下的乃是一个绝对“黑”的恒星了,因此称为黑洞。黑洞如此奇特,目前已成为许多神话作品和科幻小说的主题。广义相对论中通常将只有质量的黑洞称之为施瓦西黑洞将既具有质量又兼有电荷的黑洞称之为里斯纳-诺兹特隆黑洞将有质量且同时还在施转(即具有角动量)的黑洞称之为克尔黑洞将质量、电荷和角动量三个特征全有的黑洞称之为克尔-纽曼黑洞。     

神秘的黑洞

2010 年11 月16 日凌晨（北京时间）,美国宇航局对外公布了一则 “秘密”——该局最近发现的“异常物体”不是此前盛传的UFO（不明飞行物或称飞碟）,也不是外星人,而是地球附近一个年仅30 岁的黑洞。这个最年轻的黑洞是天文学家利用美国宇航局的钱德拉X 射线望远镜发现的,它为观测这类婴儿期天体提供了独一无二的机会。美国宇航局在当天记者会上发布的声明称,这个黑洞将能够帮助科学家更好地理解大质量恒星是如何爆炸的,恒星爆炸后留下的是黑洞还是中子星,以及我们银河系和其他星系黑洞的数量。     

能看清黑洞细节的太空射电望远镜

 能看清黑洞细节的太空射电望远镜俄罗斯科学家试图揭开遥远太空天体---黑洞最神秘的面纱,他们建造了一架能观看到宇宙最深处的射电望远镜。众所周知,黑洞是宇宙中最残忍和最无情的“杀人者”,无论是行星还是恒星在黑洞面前都没有生路。黑洞惊人的吸引力即使是太阳光也无法抗拒,黑洞就像飓风,它会将整个世界吸入风洞中。关于这毁灭性的威胁暂时很少有人知道,因为谁也没有见到过黑洞,但是俄罗斯科学家找到一种能看到黑洞的方法,准备发射一架太空射电望远镜。它将比现有的望远镜敏锐几千倍。俄罗斯科学院院士尼古拉·卡尔达绍夫指出,“这架太空射电望远镜甚至可以看清黑洞的细节,它将能使我们发现宇宙新的物理规律。     

黑洞及其研究简况

 1939年美国科学家奥本海默和佘德尔从广义相对论出发提出具体黑洞的概念,从而翻开了人类对天体研究的新的一页。短短几十年,黑洞一直成为天体物理学家研究和讨论的热点,形成了黑洞物理学。一、经典黑洞从1915年爱因斯坦广义相对论的建立而预言黑洞存在,许多科学家对其展开了研究,并认为它是由天体坍缩形成的超致密的区域(包括光在内的任何物质都不能从该区域逃逸)。根据黑洞的不同特性将黑洞分成各种不同类型。根据质量不同将其分为小型黑洞、中型黑洞、巨大黑洞。所谓巨大黑洞是指质量超过太阳质量的100万倍以上的黑洞,它在黑洞的研究中占有重要的地位,一度认为黑洞事件视界直径与黑洞质量成正比。     

超亮X射线源与中等质量黑洞

超亮X射线源是在邻近星系中发现的一类特殊的辐射X射线的天体.它们类似银河系中的黑洞双星,但却具有更高的亮度,因此可能包含更高质量的黑洞,即所谓的中等质量黑洞.中等质量黑洞并不像恒星级质量黑洞一样,可以是大质量恒星演化末期核塌缩的产物,因此在天体物理中具有重要意义.文章描述了超亮X射线源的一些基本性质,综述了近年来对这些源多波段观测的重要结果,以及这些结果对这些天体本质的暗示.     

对黑洞的研究开辟了人类认识宇宙的新天地——2020年诺贝尔物理学奖简介

<正>1 2020年诺贝尔物理学奖揭晓2020年诺贝尔物理学奖的一半给予英国数学家、物理学家彭罗斯(Roger Penrose),表彰他对黑洞相关理论的研究,论证黑洞是广义相对论预言的结果;另一半给予德国天体物理学家根策尔(Reinhard Genzel)和美国天文学家盖兹(Andrea Ghez),表彰他们发现银河系中心隐藏着的超大质量天体.Roger Penrose(图1),1931年出生于英国科尔切斯特.     

黑洞与奇点（英文）

黑洞可以说是引力最极端的体现,其视界内是个连光也逃不出去的时空区域。近来黑洞在天文观测方面取得令人惊讶的发展,这其中包括:黑洞碰撞的引力波探测以及M87星系的超大质量黑洞的所谓第一张黑洞照片。但是在理论的层面上,黑洞物理尚有许多未解之谜。其中,信息遗失的悖论是最有名的。但是,有另一个问题至少和信息的丢失一样–甚至更加–令人费解的,就是黑洞内部的奇点性质。时空奇点是广义相对论本身无法描述的,在那里究竟发生什么事?黑洞内部的奇点和宇宙大爆炸时的奇点有何不同?奇点是否会裸露在黑洞外面?所谓"宇宙监督猜想"的假设目前有何进展?我们在这篇半科普的文章中简单的介绍这些课题,希望本文章对物理和数学的本科生有所帮助。     

作为宇宙信使的X射线

60年前,里卡多·贾科尼团队用探空火箭首次探测到了来自太阳系以外的X射线辐射,从此打开了人类探索宇宙的一个全新的窗口。与我们所熟悉的可见光天空不同,在“看不见”的X射线宇宙,明亮的发光天体涵盖了黑洞、中子星、白矮星等致密天体,星系团和星系中弥漫的大量不可见的高温气体,以及各种剧烈的灾变事件。它们代表着宇宙中最为奇特的天体和极端的物理条件,如极强引力场、极强磁场和极高温。文章重点介绍最有代表性的X射线源,包括中子星和黑洞X射线双星、超大质量黑洞和活动星系核、星系团,以及伽马暴、超新星和潮汐瓦解恒星事件等爆发天体。     

黑洞和黑洞蒸发

黑洞是目前的观测尚未最后确认其存在,”但目前的理论确认其应该存在的一种特异天体。黑洞的最大特点就在于它的黑! 早在1795年,拉普拉斯就曾基于一种极简单的考虑,认为有可能存在这种特异天体。 考虑一个质量为M,半径为R的球形天体,自球面沿径向以初速v射出一质量为m的物体,它的脱离速度为可看出,脱离速度是一个与抛体的质量无关而仅决定于比值M/R的量,差M/R足够大,以致 只要承认光线也要受到重力的影响,光速是一切信号速度的上限,那应当一颗星的半径 gGM—-.r小于临界值’。”-W时,星光就要被重力拉回来,任何信号都到达不了远处观测者…     

超新星孕育了黑洞

 黑洞一直被看成是神秘而奇异的天体．虽然有越来越多的观测证据证明它们的存在,但有关这些天体形成的原因,仍存有许多问题．一种可能的方案是,一个大质量恒星（比太阳质量大２５倍）燃尽了核燃料并在它的很大的引力质量下塌缩,形成了黑洞．另一种可能的方案是一个更为复杂的模型,假设一个大质量恒星首先爆炸,留下了一个直径小于２０千米、密度极高的中子星．这一超新星爆发所摔出的一些物质又落回到新生的中子星上,最后发生塌缩而形成黑洞．