【深度認識】黑洞

你有否想像過，宇宙中竟然有些「看不見但很有力」的天體？它們不像太陽那麼明亮，也不像地球那樣可以站立，卻擁有連光都逃不出的驚人力量——黑洞（Black Hole）。黑洞常在電影或小說中出現，像無底深淵般神秘，甚至能扭曲時間與空間。本文會讓你全面了解這個宇宙中最不可思議的天體，從它的基本資料到如何影響我們對宇宙的認識，直接帶你走進現今天文學的前沿。

什麼是黑洞？

黑洞是宇宙中一種極端天體，其引力大到連光線都無法逃離。我們平時看到的星體，都會因為發光或反光而看到，但黑洞一切都「吞噬」，因此完全不可見，只能藉觀察其對周圍物質的影響間接發現它。黑洞其實就是空間中一個極密集的點，集中大量物質，形成一個所謂「奇點」（Singularity），四周圍繞著一個稱為「事件視界」（Event Horizon）的『界線』，區分出哪裡是無法回頭的地方——一旦跨過去，所有物質和資訊都無法逃出。

黑洞的基本參數

體積：你也許以為黑洞要很大，其實它的「中心」奇點體積趨近於零，但質量龐大，所以密度幾乎無限。其中，「史瓦西半徑」（Schwarzschild radius）就是決定黑洞事件視界大小的尺度。例如太陽若縮成黑洞，事件視界半徑只有約3公里。
質量：黑洞的質量可以分為幾種：
– 恆星級黑洞（Stellar-mass black hole）：質量大約是太陽的3倍以上，一般可達太陽的10至數十倍。
– 超大質量黑洞（Supermassive black hole）：存在於星系中心，質量從太陽的幾十萬倍到數十億倍。
– 中等質量與微型黑洞相對較難觀測，規模介乎兩者之間。
距離地球：目前距離我們最近的恆星級黑洞是V616 Monocerotis（V616 Mon），約3,000光年。至於我們銀河系中心的超大質量黑洞「人馬座A*」（Sagittarius A*），則距離約26,000光年。
溫度：一般認為黑洞本身不會發出熱能。然而根據霍金輻射（Hawking Radiation），黑洞會微微發出熱輻射，但溫度極低——以超大質量黑洞為例，溫度只有十億分之一K（開氏）。
成分：黑洞並無傳統意義上的「成分」，因為落入黑洞的物質最終都會壓縮到奇點，成為無法分辨成分的高密度狀態。
歷史：黑洞這個概念可追溯到1783年英國科學家約翰·米歇爾（John Michell），但直到20世紀愛因斯坦提出廣義相對論後，才有嚴格理論基礎。1970年代，霍金（Stephen Hawking）等人讓黑洞取得普及地位。直至2019年，人類首次拍到M87星系中心黑洞的「影像」，黑洞才真正「見光」。
自轉公轉：黑洞可自轉——這稱為「克爾黑洞」（Kerr Black Hole），它的自轉速度可達光速的90%以上。但黑洞本身因為體積接近零，所以談不上像地球一樣自轉公轉，而是以上面說的事件視界半徑內旋轉。