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來源：互聯網

黑洞（英文名Black Hole）是廣義相對論所預言的時空曲率大于光速的天體。它的基本特征是具有一個封閉的視界，外來的物質和輻射可以進入視界內，而視界內的物質卻不能跑出視界外。它是由位于其中心的奇點和奇點周圍一定范圍內的時空區域構成的。

1916年，德國科學家卡爾?史瓦西通過對愛因斯坦場方程的運算證明了黑洞的存在。2019年，人類獲取了黑洞的首張照片。2025年11月，中國高海拔宇宙線觀測站“拉索”的重大發現，證實黑洞是超高能宇宙射線的源頭，基于“拉索”的觀測數據，來自中國科學院高能物理研究所等單位的科研人員發現，黑洞是宇宙中的“超級粒子加速器”，并成功破解困擾科學界近70年的宇宙線“膝”區形成之謎。2026年2月，“天關”科學團隊在《科學通報》發表的封面文章中稱，此前中國“天關”衛星在中國空間站工程巡天望遠鏡中捕捉到的高能宇宙爆發現象，為中等質量黑洞撕裂伴星的過程。

廣義相對論下，黑洞擁有極簡的物理特征，僅由質量、角動量和電荷三個物理量唯一確定。隨著量子理論的滲入，它又呈現出、溫度等豐富的物理性質。“黑洞”這個名字是美國科學家約翰·惠勒在一次學術會議上給出的。它是質量足夠大的恒星在演化末期縮而形成的，通過吸積成長，隨量子輻射而蒸發衰亡。雖然黑洞表面的逃逸速度大于光速，沒有光線能從其表面射出，人類仍可通過黑洞的吸積和噴流等所輻射的X射線獲知它們的存在訊息。奇點和視界面是黑洞結構的共同特征。對黑洞的預言，是廣義相對論理論研究中的巨大成果；黑洞無毛定理的誕生，為黑洞理論研究提供了最簡模型；人們通過黑洞的透鏡效應，不僅看到了類似“日珥”這樣的太空奇景，還能了解到黑洞背后的星空。

二百多年來，無數科學家在探索黑洞的道路上留下了自己的足跡。而今，人類已發現了許許多多大小不同的黑洞，了解到了黑洞的很多方面，科學家們還先后兩次“捕獲”到了黑洞的照片，并利用黑洞合并探測到了引力波。引力波的發現為人類探索黑洞及整個宇宙提供了新媒介。

探索歷程

早在二百多年前，人類就已經察覺到了黑洞的存在。

1783年，劍橋大學的教師約翰·米歇爾預測出了一個超大質量、逃逸速度大于光速的“暗星”。1796年，法國科學家皮埃爾-西蒙·拉普拉斯在其《宇宙系統論》中也表達了同樣的推論并稱之為“暗星”或“隱星”。這些預測通常被視為黑洞概念的萌芽。

1915年愛因斯坦的廣義相對論誕生，這為人類進一步探索黑洞提供了重要的理論依據。

1916年初德國科學家卡爾·施瓦西通過運算證明宇宙中存在這樣一種極為致密、其周圍時空極度彎曲的天體，光和其它任何物體一旦進入它周圍的一個界面就無法逃脫。這在一定意義上可視為廣義相對論對黑洞的最早預言

1919年，英國赴西非的探險隊在日食時觀察到光線通過太陽附近會稍微偏折，這是空間和時間被彎曲的直接證據，愛因斯坦的廣義相對論得到了廣泛的確認。研究黑洞的理論也因此變得更加完善。

1928年印裔美籍物理學家蘇布拉馬尼揚·錢德拉塞卡經過計算確認了“錢德拉塞卡極限”。1939年美國物理學家羅伯特·奧本海默沿著當年錢德拉塞卡的足跡，用同樣的方法計算后發現，中子星同樣具有一個質量上限，即“奧本海默極限”。一顆大質量恒星死后遺骸的質量超過奧本海默極限的話，最終將不可避免地形成黑洞。1963年，新西蘭物理學家羅伊·克爾得到了能描述不帶電旋轉恒星的愛因斯坦引力場方程的解，由這類恒星坍縮形成克爾黑洞。1964年，有科學家用觀測的方法發現了第一顆恒星級的黑洞。1965年紐曼等人求得愛因斯坦場方程的旋轉并帶電荷的克爾-紐曼黑洞的精確解。

1967年劍橋大學女研究生喬瑟琳·貝爾發現了中子星，這是中子星存在的第一個明確無誤的證據。中子星的存在由假說變成現實，這給相信黑洞存在的科學家帶來了進一步的鼓舞。同年，美國物理學家約翰·惠勒在一次學術會議上首次使用“黑洞”這個名詞，并被大家廣泛接受。

1970年英國數學物理學家羅杰·彭洛斯與斯蒂芬·霍金合作發表了一篇題為“引力坍塌及宇宙學中的奇點”的論文，提出了“霍金-彭羅斯奇點定理”。

1971年英國物理學家霍金證明了黑洞物理的一條重要定理“黑洞視界面積不減定理“，后來以色列青年雅各布·貝肯斯坦在黑洞面積永不減小的理論基礎上，提出了黑洞熵的概念。1974年霍金又發現了黑洞的量子輻射，即霍金輻射。

2016年2月11日美國LIGO項目科學家宣布，人類首次直接探測到了引力波，這是2015年9月14日由美國兩個激光干涉引力波天文臺同時檢測到的，這是黑洞存在的無可置疑的明證，人類將以最直接的方式觀測黑洞。

2019年4月10日視界望遠鏡團隊在美國華盛頓、比利時布魯塞爾、智力圣迭戈、中國上海、中國臺北和日本東京世界六地同步發布人類有史以來所拍得的第一張黑洞照片。

2019年11月中國科學家借助LAMOST望遠鏡發現了一顆70倍太陽質量的恒星級黑洞。

2022年5月12日，視界望遠鏡合作組織事件視界望遠鏡發布了銀心的一個黑洞——人馬座A*的直接圖像。它的質量大約是太陽的400萬倍，距離地球約2.6萬光年。

2023年1月19日中國科學家利用郭守敬望遠鏡（LAMOST）的超大光譜數據樣本發現，恒星初始質量分布規律會隨恒星金屬元素含量和年齡的變化而發生顯著變化，刷新了對恒星初始質量分布規律的傳統認知，這將對天體物理學多個領域的研究產生影響，也將為黑洞的研究增添一個新思路。

2023年3月30日，美國科學家利用詹姆斯·韋伯空間望遠鏡，發現了迄今已知最古老黑洞，這個黑洞在宇宙大爆炸后5.7億年形成，這一發現可幫助人們理解黑洞這類宇宙“怪獸”的起源及演化歷程。

探索黑洞的歷程還將展開新的篇章，世界各國科學家的協作正在逐漸破解黑洞之謎。

2024年5月28日，牛津大學科學家領導的國際團隊證實了阿爾伯特·愛因斯坦廣義相對論中一個關于黑洞的關鍵預測，首次證明黑洞周圍存在著一個“墜落區（plunging region）”，即物質不再像螺旋一樣圍繞黑洞旋轉而是直接墜入黑洞的區域。此外，他們還發現該區域展現出了銀河系目前已知最強引力。6月18日，德國天文科學家稱首次觀測到質量超太陽一百萬倍的黑洞“蘇醒”，這一黑洞距離地球3.6億光年。

2025年11月，中國高海拔宇宙線觀測站“拉索”的重大發現，證實黑洞是超高能宇宙射線的源頭。基于“拉索”的觀測數據，來自中國科學院高能物理研究所等單位的科研人員發現，黑洞是宇宙中的“超級粒子加速器”，并成功破解困擾科學界近70年的宇宙線“膝”區形成之謎。

2026年2月，“天關”科學團隊在《科學通報》發表的封面文章中稱，此前中國“天關”衛星在中國空間站工程巡天望遠鏡中捕捉到的高能宇宙爆發現象，為中等質量黑洞撕裂伴星的過程。

?形成和演化

引力坍縮

黑洞產生的過程就是恒星衰亡的過程。當一顆質量大于太陽3.2倍的恒星衰老時，它中心產生的能量越來越少，沒有足夠的力量承擔起外殼的重量，在自身引力的作用下，核心迅速地收縮，當核心的所有物質都變成中子時，被壓縮成一個密實的體積接近無限小、密度幾乎無限大的星體。當核心的質量大到使收縮過程無休止地進行下去的時候，中子本身被碾壓成粉末，剩下來的是一個密度高到無法想象的物質。由于質量而產生的力量，使得任何靠近它的物體都被它吸進去，包括光。

這個過程我們也可以從化學的角度去理解。通常，一顆正常的恒星最初只含氫，恒星內部的氫原子核時刻相互碰撞，發生聚變。由于恒星質量很大，聚變產生的能量與恒星萬有引力抗衡，以維持恒星結構的穩定。氫原子核的聚變產生新的元素——氦元素，接著，氦原子也參與聚變，改變結構，生成鋰元素。如此類推，按照元素周期表的順序，會依次有鈹元素、硼元素、碳元素、氮等生成，直至鐵元素生成，該恒星便會坍塌。這是由于鐵元素相當穩定，參與聚變時釋放的能量小于所需能量，因而聚變停止，而鐵元素存在于恒星內部，這導致恒星內部不具有足夠的能量與質量巨大恒星的萬有引力抗衡，從而引發恒星坍塌，最終形成黑洞。

另外，兩個黑洞相互碰撞會產生一個新的黑洞；原初黑洞遠在恒星誕生之前、大爆炸后不久就已經存在。

高能碰撞

人類無法去研究真實的黑洞，但人類研制的大型強子對撞機，為人造黑洞創造了條件。大型強子對撞機是一種將質子加速對撞的高能設備。當兩個質子束在環形隧道沿著反方向運動的時候強大的電場使它們的能量急劇增加，每運行一圈就會獲得更多的能量，直到接近光速發生碰撞。高能碰撞可以產生微型黑洞，微型黑洞很快就會蒸發掉，因為失去能量而消失，不足以對人類的安全造成威脅。但仍有科學家認為這很危險。

吸積與成長

黑洞以自身強大的引力從周圍的空間中俘獲氣體、塵埃等物質而使自身質量不斷增加，這個過程被稱為吸積。在附近的宇宙中，小黑洞主要通過吸積成長，非常大的黑洞主要通過合并成長，兩個黑洞可以互相融合形成一個更大的黑洞。相反，在遙遠的宇宙中，小黑洞主要通過合并成長，大黑洞則是通過吸積成長。

年輕的黑洞通過對周圍物質的不斷吸積或與另一黑洞合并而發展壯大，但黑洞也如恒星一樣不會永生，無法避免衰亡的宿命。

蒸發

根據量子理論，真空并不是一無所有，而是不斷地有虛的正反粒子對產生。它們不停地重復著產生、湮沒的過程，像潮水的漲落一樣時起時消，這被稱為”真空漲落”。斯蒂芬·霍金認為，假如這種漲落發生在黑洞周圍，那么會有一種情況不可避免，一對正反粒子中的一個掉進黑洞里，另一個成功逃離黑洞飛到遠處。如果一個反粒子被吸入黑洞，可視為一個正粒子從黑洞逃脫。正粒子攜帶著從黑洞里來的正能量逃逸了，即黑洞的總能量減少了。能量的損失導致質量的損失，當黑洞損失質量時，它的溫度和發射率增加，質量損失會更快。這就是1974年誕生的“霍金輻射”。最后所有的黑洞將隨著時間的推移慢慢地蒸發掉。大黑洞輻射地慢，小黑洞則以極高的速度輻射能量，直到發生爆炸。

主要性質

質量

一個穩態黑洞的起始質量來自與產生它的恒星，或合并前的黑洞。廣義相對論下，質量或能量的分布決定了時空的性質，引起時空彎曲。黑洞的質量集中于體積無限小密度無限大的奇點，由它產生的時空曲率超過光速。黑洞的質量與視界半徑（即史瓦西半徑）成正比。基于這一關系，小質量黑洞的平均密度極大，甚至超過中子星；而大質量黑洞的平均密度相對較低，部分星系中心質量達上億倍太陽質量的超大質量黑洞，其平均密度可低于水的密度。黑洞質量可通過史瓦西半徑計算得出。由于黑洞只進不出的性質，黑洞的質量和表面積一樣只增不減。一個不帶電不旋轉的黑洞可以由質量唯一確定。

角動量

角動量是描述物體轉動狀態的物理量。靜止的黑洞角動量為0。一個旋轉的黑洞的角動量可能會隨著新物質的落入而不斷變化。視界的大小可以變大，而奇點和能層的大小可以變大或變小，這取決于新物質的角動量。具有角動量的真實黑洞周圍有被拖曳著旋轉的空間。宇宙中普遍存在著不帶電而旋轉的黑洞，只需要角動量、質量兩個物理量量就能區分兩個不同的黑洞。

溫度與表面引力

由于黑洞會不斷產生輻射并且散失到太空中，黑洞的終極命運將是徹底蒸發、消失于無形。但在2016年，斯蒂芬·霍金提出黑洞的“軟毛”可以保存黑洞熵的部分信息。所謂軟毛，是黑洞視界面附近的光子。它們來自黑洞蒸發理論過程中的輻射。一個系統存在熵就存在溫度，在視界面與熵成正比的前提下容易證明表面引力與溫度成正比。表面引力就是將物體放在視界處受到的引力場強度。也就是說，黑洞所對應的溫度正比于黑洞視界的引力強度，取決于黑洞的大小。一個只是太陽幾倍重的黑洞，它的溫度相當于絕對零度，只比絕對零度高出億分之一度。

黑洞熱力學

黑洞熱力學是在霍金輻射理論基礎上發展起來的。1974年，斯蒂芬·霍金在考慮黑洞附近的量子場論時，他發現黑洞并不完全是”黑“的，而是以熱輻射的形式在向外輻射物質，輻射溫度正比于它的表面引力，這種輻射是一種量子效應。霍金輻射的一個重要意義是使人們相信黑洞是一個真實的熱力學系統。惠勒的學生雅各布·貝肯斯坦在黑洞面積永不減小的理論基礎上，提出了黑洞熵的概念。他認為，在不違背熱力學第二定律的前提下，從信息論的角度出發，黑洞應該有一個正比于它的視界面積的熵。霍金確定了這一正比例關系的系數并真正把黑洞的熵建立在黑洞的熱力學基礎之上。對照普通的熱力學體系，黑洞有了自己的“熱力學定律”和相應的計算公式。黑洞熵和黑洞外物質熵之和在任何物理過程中永不減小；不能經過有限的物理過程將黑洞的溫度降低到零；對于一個穩態黑洞，它的視界表面引力是一個常數，它定義了黑洞的溫度；對應熱力學第一定律，黑洞熱力學也有自己特有的能量守恒體系。黑洞熱力學的研究正在揭示廣義相對論、熱力學和量子理論之間的深刻聯系。

電磁輻射

當黑洞吞吃恒星等物質時，這些物質會被它撕扯成氣體并在視界外圍形成一個旋轉的吸積盤。這些被吸積的氣體一邊旋轉一邊向視界面靠近，越靠近視界面轉速越快。這些高速旋轉的氣體之間的摩擦產生大量的熱，吸積盤中心的強高溫氣體迸發出強烈的輻射。

人類探測到的黑洞，大部分位于宇宙中普遍存在的雙星系統中。有時雙星系統中的另一個天體是正常的恒星。正常恒星的物質會被黑洞吸引過去，并首先進入吸積盤中。當被吸積的氣體過多時，一部分沒能落入黑洞的氣體會沿著黑洞的兩個轉軸被拋射出去，產生非常壯觀的噴流。

吸積和噴流都能產生電磁輻射，科學家可以通過輻射的x射線探測到黑洞。

結構特征

黑洞的基本特征是由視界面來表征的，奇點和視界面是黑洞結構的共同特征。質量、電荷、角動量三個物理量可確定唯一一個黑洞，這是黑洞的物理性質，同時也表明了黑洞擁有非常簡單的結構特征。能層、光子球等是它的附屬特征。

奇點

奇點是位于黑洞中心的，體積無限小、密度無窮大、時空曲率無窮大的點。

廣義相對論誕生后不久，卡爾·史瓦西預言，宇宙中存在一種足夠致密的恒星，它會被自身的引力壓縮，最終坍縮成一個體積無限小密度無限大的點，留下的只有引力場，自己本身消失盡。后來這個點被稱為奇點。奇點是無限小的空間中包含著巨大質量的一維點，是宇宙中密度最高的地方，具有極強的引力，任何物體只能在它周圍的一定區域外游弋，這個區域被稱為視界。越過視界面的一切物體，都會被拽向奇點。因其逃逸速度超過光速而沒有一絲光線向外射出，我們只能根據它對周圍物質產生的影響確定它的存在。

克爾黑洞由于旋轉的原因，它的中心不是一個點，而是一個奇環，由奇點圍成的一條圓圈線。掉入克爾黑洞的物體有可能穿過奇環進入一個新的時空區域。

視界面

視界面是包括光在內的任何物質都無法逃逸的時空分界面。在距離黑洞中心的某一距離處，逃逸速度等于光速，在此距離內，任何物質都不能逸出，此距離被稱為史瓦西半徑，史瓦西半徑處想象中的球面就是視界面，簡稱視界。視界的大小與形成這個黑洞的恒星質量成正比。不旋轉黑洞和旋轉黑洞的視界面不同。

能層

旋轉黑洞除了有內外兩個視界面外，還有內外兩個無限紅移面。在外視界和外無限紅移動面之間，內內視界和內無限紅移面之間，各存在一個能層。穿過外紅移面進入外能層的物體，只要不進入外視界，就并未進入黑洞，仍有可能逃離。進入外視界的物體將落入內視界無法逃離。能層中的能量是黑洞系統產生噴流的能量來源。這種能量是可以通過大尺度磁場提取的。

光子球

光子球是個零厚度的球狀邊界。黑洞的引力在這個邊界所產生的重力加速度，剛好使得部分光子以圓形軌道繞黑洞旋轉，對于不旋轉的黑洞，這個軌道大約是史瓦西半徑的1.5倍，會隨著黑洞的成長而變動。

最內側的穩定圓形軌道

圍繞黑洞旋轉的吸積盤，有一個臨界區域，在這個區域內，物質不再能穩定地繞黑洞旋轉，如果沒有外力的幫助，注定會被黑洞吞噬。這個位置在吸積盤和黑洞的事件視界之間，被稱為“最內層穩定圓軌道”，簡稱ISCO。對于一個簡單的、不旋轉的黑洞，其ISCO是史瓦西半徑的三倍。對于普遍存在的旋轉黑洞，ISCO就很難計算，因為這取決于黑洞旋轉的速度，以及物體所處的軌道是隨著黑洞旋轉，還是反其道而行逆行。

分類

根據質量大小分類

微型黑洞屬于原初黑洞的一種。根據大爆炸宇宙學理論，早期宇宙中可能存在此類黑洞，其質量約為101?克，空間尺度約為10?13厘米（相當于一個原子核的大小）。由于溫度較高，微型黑洞具有較強的發射現象。有研究指出，高能天體研究所觀測到的高能爆發過程，可能與這些微型黑洞的發射及最終爆發相關。恒星級黑洞的質量通常為太陽的數倍至數十倍，由大質量恒星演化末期坍縮形成；超大質量黑洞的質量可達太陽的數百萬至數十億倍，通常位于星系中心，其形成機制可能與宇宙早期氣體云直接坍縮等復雜過程有關。

根據廣義相對論下黑洞的時空幾何特征分類

1. 史瓦西黑洞，M（質量）不等于0，J（角動量）和Q（電荷）等于0。卡爾·史瓦西于1916年提出了史瓦西黑洞假說，這是一種不帶電、不自旋的黑洞。史瓦西黑洞又被稱為“尋常黑洞”，其本身只是一種假說模型，是理想狀態下的黑洞，并不能代表現實當中黑洞的真實面貌。

2. 克爾黑洞，M不等于0，J不等于0，Q=0。克爾黑洞是旋轉不帶電的黑洞，有內外兩個視界，其間有能層。1963年，新西蘭數學家、物理學家羅伊·克爾得到了能描述不帶電旋轉恒星的愛因斯坦引力場方程的解，由這類恒星坍縮形成的黑洞被稱為克爾黑洞。相比于靜態的史瓦西黑洞，克爾黑洞更接近于實際物理上的黑洞。

3. 瑞斯尼-諾斯特朗黑洞，M不等于0，J=0，Q不等于0。這是一種帶電但不旋轉的黑洞。

4. 克爾-紐曼黑洞，M不等于0，J不等于0，Q不等于0。這是一種旋轉且帶電的黑洞。

瑞斯尼-諾斯特朗黑洞和克爾紐曼黑洞兩種都是帶電黑洞，一般認為帶電的黑洞不大可能具有重要的天體物理意義，因為在天體物理環境中，一個帶電天體將被周圍的等離子體迅速中性化。所以在天體物理中具有重要意義的是史瓦西黑洞和克爾黑洞。宇宙中存在的黑洞大多都是克爾黑洞。

探索成果

黑洞照片

直接觀測黑洞的序幕是由黑洞的首張照片拉開的。2019年4月10日，事件視界望遠鏡（EHT）宣布，已成功獲得超大質量黑洞的第一個直接視覺證據，該黑洞圖像為室女座星系團中超大質量星系M87星系中心的黑洞，它距離地球5500萬光年，質量為太陽的65億倍。由8個地面射電望遠鏡組成的觀測陣列，形成一個口徑如地球大小的“虛擬”望遠鏡來捕捉黑洞圖像，其所達到的靈敏度和分辨本領都前所未有。阿爾伯特·愛因斯坦提出的廣義相對論得到了首次試驗驗證。

通常認為大多數星系中心都存在一個超大質量黑洞。我們所在的銀心的黑洞大約有400萬倍太陽的質量。

2022年5月12日，人類首次拍攝到銀河系中心超大質量黑洞*（簡稱Sgr A*）的照片。這是繼2019年4月人類拍攝到室女座星系團中M87星系中心超大質量黑洞照片后的第二張黑洞照片。這張照片集結了來自全球80個研究機構共300多名研究人員組成的EHT合作組織的共同努力才得以實現。除了開發復雜的工具來克服Sgr A*成像面臨的挑戰外，研究團隊花了五年時間，用超級計算機合成和分析數據，編了前所未有的黑洞模擬數據庫與觀測結果進行嚴格比對。

這次發布的觀測成果給出了該天體就是黑洞的實證，為人類理解星系中心的黑洞的行為提供了寶貴的線索。這意味著人類在觀測設備、觀測技巧、數據處理能力等多方面有了一次系統化的飛躍。同時，這一成果進一步提升了對阿爾伯特·愛因斯坦廣義相對論的檢驗。該照片由事件視界望遠鏡（EHT）合作組織這個國際研究團隊，通過分布在全球的射電望遠鏡組網“拍攝”而成，科學家之前已觀測到眾多的恒星圍繞著銀河系中心一個不可見的、致密的和質量極大的天體作軌道運動。這已強烈暗示這個被稱作人馬座A*的天體是一個黑洞，而這次所得的照片則提供了首個直接的視覺證據。

黑洞與引力波

廣義相對論預言了黑洞也預言了引力波。引力波是大質量天體爆發、旋轉或合并等事件引發的“時空漣漪”。在物理學中，引力波以引力波的形式傳輸能量。當物質的分布改變時，時空也會發生相應變化，就好像在平靜的湖面丟進一塊石子，湖面就有一圈波浪向外蕩漾，時空也會將漣漪向外傳開，這就是引力波。因為引力波攜帶著波源的信息，所以可以被當作探測宇宙深處的工具。引力波的頻率很寬，就像交響樂中的高、低、中音一樣。不同頻率有不同的探測方法。科學家們可以通過捕捉和測量引力波，計算出黑洞的質量。雙黑洞并合事件產生的引力波信號還可用于檢驗黑洞熱力學定律，例如通過并合前后分段測量引力波，驗證霍金提出的面積定理——黑洞視界的總面積不會減少。2016年2月11日，美國LIGO項目科學家宣布，人類于2015年9月14日首次直接探測到了引力波，人類“聽”到了黑洞。13億光年之外，兩個黑洞合并產生的引力波被美國的“激光干涉引力波天文臺”探測到，這為黑洞的存在提供了最直接明確的證明。同時也證明了恒星級雙黑洞系統的存在。合并過程中相當于有３個太陽質量的能量以引力波的形式釋放。自2015年到2018年，科學家探測到10次由黑洞合并事件產生的引力波。黑洞使人類發現引力波，并有了利用引力波探索和感知宇宙的新能力，能夠更精確地來觀察宇宙中遙遠的角落。源自大爆炸的引力波，還能幫助科學家更好地理解宇宙的構成。

黑洞周圍存在著墜落區

2024年5月28日，牛津大學科學家領導的國際團隊證實了阿爾伯特·愛因斯坦廣義相對論中一個關于黑洞的關鍵預測，首次證明黑洞周圍存在著一個“墜落區（plunging region）”，即物質不再像螺旋一樣圍繞黑洞旋轉而是直接墜入黑洞的區域。此外，他們還發現該區域展現出了銀河系目前已知最強引力。天體物理學家長期以來一直在研究圍繞黑洞運行的“吸積盤”，以了解此類天體近表面的情況，而關于這個“墜落區”是否可以被探測到則一直存在爭議。牛津大學團隊花了數年時間開發模型，最終使用 X 射線望遠鏡和國際空間站的數據進行了證實。研究團隊研究的這個黑洞（MAXI J1820+070）距離地球約 10000 光年，質量約為 8 個太陽，目前正從源源不斷地從其伴星吸取物質，同時以接近 80% 光速的速度射出兩個噴流，這一過程中同時還會發出強烈的 X 射線。研究小組發現，處于“軟狀態”爆發期的 MAXI J1820+070 的 X 射線光譜代表了圍繞旋轉黑洞（克爾黑洞）的吸積盤發出的輻射，這意味著觀察到了一個完整的吸積盤，其中也包括“墜落區”。

黑洞是宇宙中的“超級粒子加速器”

2025年11月，中國高海拔宇宙線觀測站“拉索”的重大發現，證實黑洞是超高能宇宙射線的源頭。基于“拉索”的觀測數據，來自中國科學院高能物理研究所等單位的科研人員發現，黑洞是宇宙中的“超級粒子加速器”，并成功破解困擾科學界近70年的宇宙線“膝”區形成之謎。相關兩項研究成果11月16日發表于《國家科學評論》和《科學通報》。這一發現不僅揭示了宇宙線起源的關鍵機制，也為理解黑洞系統的極端物理過程開辟了一條新途徑。

探索黑洞的意義

黑洞是宇宙空間中一處離奇古怪、神秘莫測的風景，我們越是看不到它越想知道它的樣子。探索未知是人類生存和前進的動力，也推動人類向更先進更文明的方向發展。了解黑洞這一天體，有利于我們探索時空的起源、推測宇宙的未來；也有益于增強人類面對生存挑戰的能力，減少太空探索風險；同時黑洞也吸引了更多的人加入到天文學研究中來；物理學研究也由此獲得了許多新的靈感。有跡象表明，黑洞也許是科學家將廣義相對論和量子理論統一起來的一個向導，從而推動人類科學進一步發展。　

物質告訴時空如何彎曲，時空告訴物質如何運動。黑洞彎曲了時空，捕獲著周圍的物質，時空也讓黑洞在廣義相對論的規則下存在和運動。它們或大或小，或輕或重，遍布宇宙星空。現在我們只能看到它的外圍，它里面究竟是什么樣，最大的那一顆藏在哪里，它們吞吃多少才足夠，有關黑洞的種種謎團仍舊等待人類去破解。探索黑洞的道路上，有你，有我，有跨國界的科學協作，有人類共同的追求與和執著。

參考資料 >

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重大發現！我國科學家破解困擾科學界近70年難題.百家號.2025-11-17

視頻丨首次、首個、首顆!本周，我國科技領域實現硬核突破.騰訊網.2026-02-14

我國“天關”衛星或首次捕捉中等質量黑洞撕裂白矮星事件.百家號.2026-02-14

黑洞性質研究取得進展.今日頭條.2023-03-14

中大知名科普作家王爽科普“解密”——諾獎得主發現的黑洞對地球會產生何種影響？.今日頭條.2023-03-12

時空彎曲：天體物理學新發現獲突破何為引力波？ 403 Forbidden.多彩貴州網.2023-03-15

彭羅斯：數學家得了物理學獎.今日頭條.2023-03-13

廣義相對論誕生百年為辯證唯物主義時空觀提供科學依據_學術前沿_人民論壇網.人民論壇網.2023-03-12