緻密天體:白矮星、中子星與黑洞

恒星級黑洞

當一顆真正的大質量恒星——比太陽重許多倍——耗盡燃料時,大自然中沒有任何力量能撐住它的核心。氣體壓力不行,電子簡併不行,連撐住中子星的中子簡併也不行。核心乾脆無限地塌縮下去,把它的質量塞進一個連光都無法逃出的區域。其結果就是恒星級黑洞:恒星所能挖出的最緻密、最極端的墳墓,質量從約三個到幾十個太陽質量不等。

儘管聲名可畏,這些黑洞在物理尺寸上其實很小。一個十個太陽質量的黑洞,其事件視界——那道有去無回的界線——直徑僅約三十公里,比一座城市還小。從遠處看,它的重力平平無奇;假如太陽被神奇地換成一個同等質量的黑洞,地球會一如既往地繼續公轉,因為黑洞的吸力並不比任何同等質量的天體更強。危險只在於靠近它——在那裡重力會變得無可抵擋。

恒星級黑洞有別於潛伏在星系中心的超大質量黑洞(數百萬到數十億個太陽質量);後者以其他方式形成,屬於另一個主題。我們通過恒星級黑洞對X射線雙星中伴星的影響來尋找它們,並越來越多地通過兩個黑洞彼此盤旋併合時釋放的重力波來尋找。一個至關重要的糾正:黑洞不是宇宙吸塵器。它並不會在星系裡四處遊蕩「吸食」恒星——物質只有在誤入近旁時才會落入,正如它落向任何緻密質量時一樣。

假如太陽被瞬間換成一個恰好一個太陽質量的黑洞,天空會陷入黑暗,但地球的軌道絲毫不會改變。那個黑洞的事件視界直徑僅約三公里——可行星們仍會安然無恙地繞著它轉上數十億年。

質量相同,軌道不變:黑洞的吸力並不比它取代的恒星更強。

黑洞不是吸塵器。它在遠處的重力與任何同等質量的天體相等;東西只有靠得足夠近才會落入,與落向任何恒星並無二致。

又稱
stellar black holecollapsar remnant恒星级黑洞恒星质量黑洞