图2约翰·米歇尔                   图3 皮埃尔·西蒙·拉普拉斯 

　　到了1915年爱因斯坦提出广义相对论后，科学家们很快意识到广义相对论在把握黑洞相关概念方面是更有效的工具。几个月后卡尔·史瓦西通过求解爱因斯坦方程得到了一个解，这个解描述了一个不带自旋，不带电荷的黑洞。 

　　 图4卡尔·史瓦西与他得出的史瓦西半径 

　　  史瓦西黑洞结构 

　　图5中简单展示了史瓦西黑洞的结构，史瓦西黑洞的设定是不带电不自旋转的黑洞，黑洞中心为奇点，黑洞的外圈为事件视界。所以它具有三个特征，事件视界、史瓦西半径和奇点。 

　　 图5史瓦西黑洞结构 

　　事件视界是黑洞最重要的特征，它是黑洞的一个临界边界，在进入事件视界后，就连光也无法在逃逸到事件视界之外。对于外部观察者而言，在事件视界上好像时间静止了，形象的说当物体坠入事件视界时，虽然物体本身能穿过事件视界，但在外部观察者看来，只能看到物体无限接近事件视界，最后冻结在事件视界的表面。这也是其被叫做事件视界的原因。 

　　奇点是指黑洞的核心，它是一个无限小，无限密，无限热的点。它的物理性质无法用现有的理论描述。奇点是史瓦西半径当r=0时的一个数据结构，它表明在这个点上，时空的曲率趋于无穷大，物理定律失效。许多科学家认为，奇点只是目前理论不完善的表现，并不能真实反应黑洞的本质。 

　　史瓦西半径简单描述了一个物体成为黑洞条件，当天体质量一定的情况下，如果半径小于一个特定的数值，光就无法从它表面逃逸，这个特定的数值被称作史瓦西半径。计算公式为R=2GM/c^2，（G是牛顿万有引力常数，c是光速，M是质量）。如果把太阳的质量带入公式，可得出太阳的史瓦西半径为2954米，把地球的质量代入公式，可得出地球的史瓦西半径为8.9毫米，换句话说如果太阳质量保持不变被压缩到半径仅有2954米时它就会变成一个连光也无法从其表面逃逸的黑洞，同理如果地球质量保持不变，把它压缩到半径为8.9毫米类似一颗乒乓球大小的时候它也会变成一个黑洞。 

　　黑洞照片 

　　2019年4月10日北京时间21时，中国与美国等多国同时召开新闻发布会公布了人类有史以来第一张黑洞照片，该黑洞照片是由事件视界望远镜（英语：Event Horizon Telescope,EHT )合作组织（后文简称EHT组织）于2017年4月拍摄的位于室女座A星系（M87）中心的超大质量黑洞的数据解析而成，照片显示了一个明亮的环状结构，中间有一个暗影区域，看上去就像一个“甜甜圈”。 

　　图6 2019年发布的M87黑洞照片（是由EHT组织拍摄的2017年数据生成的图片） （来源：事件视界望远镜） 

　　     2024年1月18日，《天文学与天体物理学》杂志上发布了 EHT组织基于2018年4月拍摄的M87星黑洞数据解析形成的的第二张照片，还是同一个黑洞，但拍摄时间比第一张要晚一年，新的M87黑洞照片与之前的第一张照片类似，呈现出大小相等的环状结构，依然存在一个很深的暗影，就是广义相对论预言的“黑洞阴影”，而围绕着“黑洞之影”的光环上亮度最高的部分再次一年内沿着逆时针方向旋转了大约30°。 

　　图7 2024年发布的M87黑洞照片（是由EHT组织拍摄的2018年数据生成的图片） （来源：事件视界望远镜） 

　　在我们的所在的银河系也存在黑洞，2022年5月，EHT组织发布了另一张黑洞照片，来自银河系中心超大质量黑洞人马座A*的照片。通过着两张照片，可以直观地对银河系中心黑洞和M87星系中央黑洞的大小进行比较。银河系中心黑洞的质量相当于400万倍的太阳质量。相对来说，银河系中心黑洞的质量和M87星系中心黑洞的质量相差了千倍以上。 

　　图8首张银河系中心超大质量黑洞人马座A*照片 （来源：事件视界望远镜合作组织） 

　　随着黑洞照片的拍摄，接下来最受瞩目的当属对爱因斯坦广义相对论的验证，科学家们期待着能为引力物理学带来全新突破。未来的研究道路还很漫长，探索宇宙的终极奥秘才是黑洞研究的广阔天空，也许成效并不在一朝一夕，但一定值得我们期待。 

　　内蒙古自然博物馆暑期热映的4D电影《黑洞探秘》，讲述了神秘的黑洞，用视觉点燃你的想象力，带领观众体验一次黑洞神秘之旅，想了解黑洞的更多知识，快来内蒙古自然博物馆观看吧。 

　　　参考：苟利军. "黑洞研究的历史." (2020).  

　　　　央视一套 综合《新闻直播间》  

　　　　4d电影《黑洞探秘》  

　　　　The persistent shadow of the supermassive black hole of M 87  

　　　　https://www.aanda.org/articles/aa/abs/2024/01/aa47932-23/aa47932-23.html  

　　　　M87* One Year Later: Proof of a Persistent Black Hole Shadow  

　　　　https://eventhorizontelescope.org/M87-one-year-later-proof-of-a-persistent-black-hole-shadow