恒星级黑洞是谁发现的（恒星型黑洞的史瓦西半径值）

作者：文/虞子期

在许多电影场景中，黑洞都被描述为通向另一个维度的时空隧道，视线中的一切都会被这个宇宙吸尘器一样的物体吸走，但这样的描述却让它们变得更加神秘而不容易被人理解。但事实上，黑洞也因为不同的属性特征而被划分为不同的类型，比如，当恒星进化到终点时所形成的恒星型黑洞。当一颗高达太阳质量数十倍的恒星，在耗尽内部的所有能源之后，便会在之后的坍塌过程中形成一个恒星型黑洞。那么，这些无法直接观测到的恒星型黑洞，科学家们是通过怎样的方式找到的？其史瓦西半径又是如何通过逃逸速度计算得出，我们的地球有可能被黑洞吞噬吗？

相对而言，恒星型黑洞的直径一般只有几千米到几十公里，由于其本身太小以至于无法观察到逃逸现象。我们只能在一颗恒星或星际物质向黑洞靠近的时候，观察到可能会发生物质积聚于黑洞的现象。因为，当恒星型黑洞中有物质掉落的时候，动能会在被加热的同时受到潮汐力的挤压，由于加热而被电离的原子在达到数百万开尔文的时候会发出X射线。

一般情况下，科学家们会更倾向于在二进制X射线源区域寻找黑洞的踪迹，因为，黑洞入射物质最理想的来源之一便是伴星，并且，此类双星系统更利于对目标黑洞进行质量估算。我们都知道，中子星和太阳质量之间大概是1.5：1的样子，而一旦确定目标物体的质量，便有利于我们确定它到底是黑洞、还是中子星。

与此同时，我们还需要观察目标物体发出的X射线变化情况，因为落入黑洞的物质，并不会山发出稳定的X射线辐射，相反还会呈现出零星散落的趋势，从而导致了其发出的X射线出现了强弱的变化。比如，已知的黑洞“候选者”天鹅座X-1，便是一个具有可变高度的不规则光源，它的X射线大约会在每百分之一秒左右闪烁一次，位于天鹅座X-1周围的发射X射线的区域较小。

其伴星HDE 226868是表面温度达到31000K的超巨星，从光谱数据来看，其光谱线振荡周期大约为5.6天。从质量光度关系这个层面来看，其质量被估算为太阳30倍左右，而天鹅座 X-1的质量则至少达到7倍太阳质量，不然不足以施加足够大的引力，以引起HDE 226868光谱线的摆动。当然，也存在一些其他的估算方式，并将天鹅座X-1的质量提高到16倍太阳质量。但是，仅仅是7倍太阳质量就已经足够大，这样的物体注定无法形成白矮星或中子星，所以，科学家们能够得出它一定是黑洞的结论。

简单来说，只要是拥有质量属性的物体，理论上都存在一个临界半径特征值，它被科学家们称为史瓦西半径。物体的质量与史瓦西半径值成正比，比如，地球具有的史瓦西半径值为9毫米左右，而我们的太阳则具有3千米左右的史瓦西半径值。

而黑洞，其实就是一种实际半径小于史瓦西半径的物体，对于没有自转行为的黑洞而言，史瓦西半径会形成一个被称为视界的球面结构。有一个基本事实我们需要清楚，人类可以观测到的是史瓦西半径，而不是黑洞的实体半径。而位于我们银河系中心的超大质量黑洞，便拥有780万千米左右的史瓦西半径值。

事实上，科学家们是从逃逸速度的公式衍生出史瓦西半径的计算方法，简而言之，当一个具有特定质量的物体被压缩到了这个半径值以内，那么，任何已知的作用力都无法阻止这个物体被压缩成黑洞。当黑洞的逃逸速度大于目标物体的移动速度，那么，无法逃脱引力束缚的物体就会被黑洞吸入，而导致其不能再回到星际空间之中。

科学家们通过万有引力公式、牛顿第二定律得出天体表面的重力势能，再由物体的动能、物体逃脱天体的引力得出半径的临界值。简单来说，天体的史瓦西半径值，其实就是当逃逸速度等于光速的时候所计算出的半径值。我们可以从史瓦西半径了解到，任何一个半径小于史瓦西半径、且有重力属性的天体，其最终的命运都是坍塌成为一个黑洞，时空曲率让其将所有靠近的物质都吸入该天体的中心。

很多时候，人们会习惯性地将黑洞比喻为宇宙中的真空吸尘器，但是这样的描述方式并不正确。比如，倘若我们的太阳这颗普通的恒星，变成了质量相同的黑洞，也不会对地球围绕太阳运行的轨道产生太大影响。星体类型变化所导致的直接性后果，便是地球上的温度会发生巨大变化，因为，这颗星球不会再受到太阳电磁风暴和太阳风的影响。当然，此时可能有人要担心地球会不会被吸入黑洞之中。

虽然，即使是光速也不能从黑洞中逃逸，但事实上，地球必须在所谓的史瓦西半径（Schwarzschild半径）内穿过，才能够被黑洞吸入其中。而所谓的史瓦西半径则需要通过逃逸速度的公式来进行计算。而这个计算的过程也比较简单，首先，我们会用到逃逸速度的公式，对于光子或无质量物体而言，接下来我们可以将c（光速）代入V esc，然后计算得出目标恒星型黑洞的Schwarzschild半径R值为多少。

v esc =（2GM / R）1/2

R = 2GM / c 2

为了大家可以对这个公式有更具象的理解，我们可以用自己所在的太阳系来举例。比如，当一个质量与太阳相等的黑洞，替换了我们星系中太阳的存在。那么，具有70公里半径的黑洞，其史瓦西半径值则为3公里。简而言之，当地球和这个太阳质量相同的黑洞距离保持在3公里以内的时候，便会被这个太阳系中心的黑洞吸入其中。也就是说，只有在这个距离值之外，才能让这颗星球上的所有生物免于灾难，所以，地球现在处于的位置，并没有被黑洞吞噬的风险。