黑洞（英文：Black Hole，簡稱BH）是由廣義相對論所預言的，存在於宇宙空間中的一種致密天體。黑洞的引力極其強大，使得視界內的逃逸速度大於光速。故而，黑洞是時空曲率大到光都無法從其事件視界逃脫的天體。1916年，德國天文學家卡爾·史瓦西（Karl Schwarzschild）通過計算得到了愛因斯坦場方程的一個真空解，這個解表明，如果一個靜態球對稱星體實際半徑小於一個與質量相關的定值，其周圍會產生奇異的現象，即存在一個界麵——“視界”，一旦進入這個界麵，即使光也無法逃脫。這個定值稱作史瓦西半徑，這種“不可思議的天體”被一位科學記者安·尤因（Ann Ewing）在1964年的文章中稱為“黑洞”，隨後被美國物理學家約翰·阿奇博爾德·惠勒（John Archibald Wheeler）采用並迅速推廣開來。
概述由於本身不發光，黑洞無法直接觀測，但可以借由間接方式得知其存在與質量，並且觀測到它對其他事物的影響。借由物體被吸入之前的因黑洞引力帶來的加速度導致的摩擦而放出X射線和γ射線的“邊緣訊息”，可以獲取黑洞存在的信息。推測出黑洞的存在也可借由間接觀測恒星或星際雲氣團繞行軌跡來得出，還可以取得其位置以及質量。北京時間2019年4月10日21時，人類首張黑洞照片麵世（見黑洞照片）， 該黑洞位於室女座的一個巨橢圓星係M87的中心，距離地球5500萬光年，質量約為太陽的65億倍 [4]。該圖片由事件視界望遠鏡（Event Horizon Telescope，簡稱EHT）拍攝，本質上是黑洞周圍吸積的熱等離子體發出的光，經過黑洞引力偏折後的圖像。[2]2020年10月6日，瑞典皇家科學院將2020年諾貝爾物理學獎授予對黑洞研究作出突出貢獻的三位物理學家。其中英國科學家羅傑·彭羅斯（Roger Penrose）因發現黑洞形成是廣義相對論的直接證據而獲獎，德國科學家賴因哈德·根策爾（Reinhard Genzel）和美國女科學家安德烈婭·蓋茲（Andrea Ghez）因在銀河係中心發現超大質量黑洞而獲獎。根策爾和蓋茲的兩個科研團隊跟蹤了銀河係中心人馬座A*區域的一批最亮恒星的運行軌跡，證明該區域存在一個質量約太陽400萬倍且不超過太陽係大小的不可見天體。北京時間2021年3月24日晚10點，事件視界望遠鏡合作組公布了M87超大質量黑洞的偏振圖像[23] ，揭露了環繞M87黑洞的熱氣體的磁場信息。北京時間2022年5月12日晚9點，事件視界望遠鏡合作組織正式發布了銀河係中心超大質量黑洞人馬座A*（Sgr A*）的首張照片。[26] 該黑洞距離地球約2.6萬光年，質量約為太陽的430萬倍。2023年5月24日，美國的詹姆斯·韋伯空間望遠鏡（JWST）和錢德拉X射線天文台（Chandra X-ray Observatory）認證了迄今觀測的最遙遠的黑洞，距地球約132億光年，質量約太陽的1000萬～1億倍，與它所在宿主星係的所有恒星質量之和相當。這一超大質量黑洞在宇宙大爆炸後僅僅5億年就形成了，因此傾向於證明宇宙第一代黑洞來源於氣體雲的直接坍縮，而非第一代恒星的死亡。該成果已發表到《自然·天文學》雜誌上。
演化過程黑洞由中心的一個由黎曼曲率張量出發構建的標量多項式在趨向此處發散的奇點和周圍的時空組成，其邊界為隻進不出的單向膜：事件視界，事件視界的範圍之內不可見。大質量恒星的引力坍縮被認為是形成恒星質量黑洞的原因。依據愛因斯坦的廣義相對論，當一顆垂死恒星崩潰，它會向中心塌縮，質量大於托爾曼-奧本海默-沃爾科夫極限（Tolman-Oppenheimer-Volkoff Equation，也叫TOV極限，估計在2.5-4倍太陽質量左右）則會無限地坍縮，直到最後形成體積接近無限小、密度幾乎無限大的星體（幾乎為奇點）。而當它的半徑一旦收縮到小於史瓦西半徑時，質量導致的時空扭曲就使得即使光也無法向外射出——“黑洞”就誕生了。 本章尚未完結,請點擊下一頁繼續閱讀---->>>