黑洞（逃逸速度超过光速的天体）
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更新时间：2023-05-16
黑洞
逃逸速度超过光速的天体
人类首张黑洞照片M87
黑洞 (英文名Black Hole）是广义相对论所预言的时空曲率大于光速的天体。它的基本特征是具有一个封闭的视界，外来的物质和辐射可以进入视界内，而视界内的物质却不能跑出视界外。它是由位于其中心的奇点和奇点周围一定范围内的时空区域构成的。1916年，德国科学家卡尔•史瓦西通过对爱因斯坦场方程的运算证明了黑洞的存在。2019年，人类获取了黑洞的首张照片。
基本信息
中文名
黑洞
英文名
Black Hole
别名
冻结星
拼音
Heidong
逃逸速度
超过光速
广义相对论下，黑洞拥有极简的物理特征，仅由质量、角动量和电荷三个物理量唯一确定。随着量子理论的渗入，它又呈现出熵、温度等丰富的物理性质。“黑洞”这个名字是美国科学家约翰·惠勒在一次学术会议上给出的。它是质量足够大的恒星在演化末期坍缩而形成的，通过吸积成长，随量子辐射而蒸发衰亡。虽然黑洞表面的逃逸速度大于光速，没有光线能从其表面射出，人类仍可通过黑洞的吸积和喷流等所辐射的X射线获知它们的存在讯息。奇点和视界面是黑洞结构的共同特征。对黑洞的预言，是广义相对论理论研究中的巨大成果；黑洞无毛定理的诞生，为黑洞理论研究提供了最简模型；人们通过黑洞的透镜效应，不仅看到了类似“日珥”这样的太空奇景，还能了解到黑洞背后的星空。
二百多年来，无数科学家在探索黑洞的道路上留下了自己的足迹。而今，人类已发现了许许多多大小不同的黑洞，了解到了黑洞的很多方面，科学家们还先后两次“捕获”到了黑洞的照片，并利用黑洞合并探测到了引力波。引力波的发现为人类探索黑洞及整个宇宙提供了新媒介。
黑洞
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探索历程
早在二百多年前，人类就已经察觉到了黑洞的存在。
1783年，剑桥大学的教师约翰·米歇尔预测出了一个超大质量、逃逸速度大于光速的“暗星”。1796年，法国科学家拉普拉斯在其《宇宙系统论》中也表达了同样的推论并称之为“暗星”或“隐星”。这些预测通常被视为黑洞概念的萌芽。
1915年爱因斯坦的广义相对论诞生，这为人类进一步探索黑洞提供了重要的理论依据。
1916年初德国科学家卡尔·施瓦西通过运算证明宇宙中存在这样一种极为致密、其周围时空极度弯曲的天体，光和其它任何物体一旦进入它周围的一个界面就无法逃脱。这在一定意义上可视为广义相对论对黑洞的最早预言
1919年，英国赴西非的探险队在日食时观察到光线通过太阳附近会稍微偏折，这是空间和时间被弯曲的直接证据，爱因斯坦的广义相对论得到了广泛的确认。研究黑洞的理论也因此变得更加完善。
1928年印裔美籍物理学家苏布拉马尼扬·钱德拉塞卡经过计算确认了“钱德拉塞卡极限”。1939年美国物理学家奥本海默沿着当年钱德拉塞卡的足迹，用同样的方法计算后发现，中子星同样具有一个质量上限，即“奥本海默极限”。一颗大质量恒星死后遗骸的质量超过奥本海默极限的话，最终将不可避免地形成黑洞。1963年，新西兰物理学家罗伊·克尔得到了能描述不带电旋转恒星的爱因斯坦引力场方程的解，由这类恒星坍缩形成克尔黑洞。1964年，有科学家用观测的方法发现了第一颗恒星级的黑洞。1965年纽曼等人求得爱因斯坦场方程的旋转并带电荷的克尔-纽曼黑洞的精确解。
1967年剑桥大学女研究生乔瑟琳·贝尔发现了中子星， 这是中子星存在的第一个明确无误的证据。中子星的存在由假说变成现实，这给相信黑洞存在的科学家带来了进一步的鼓舞。同年，美国物理学家约翰·阿奇博尔德·惠勒在一次学术会议上首次使用“黑洞”这个名词，并被大家广泛接受。
1971年英国物理学家霍金证明了黑洞物理的一条重要定理“黑洞视界面积不减定理“，后来以色列青年雅各布·贝肯斯坦在黑洞面积永不减小的理论基础上，提出了黑洞熵的概念。1974年霍金又发现了黑洞的量子辐射，即霍金辐射。
2016年2月11日美国LIGO项目科学家宣布，人类首次直接探测到了引力波，这是2015年9月14日由美国两个激光干涉引力波天文台同时检测到的，这是黑洞存在的无可置疑的明证，人类将以最直接的方式观测黑洞。
2022年5月12日，视界望远镜合作组织EHT发布了银河系中心的一个黑洞——人马座A*的直接图像。它的质量大约是太阳的400万倍，距离地球约2.6万光年。
2023年1月19日中国科学家利用郭守敬望远镜（LAMOST）的超大光谱数据样本发现，恒星初始质量分布规律会随恒星金属元素含量和年龄的变化而发生显著变化，刷新了对恒星初始质量分布规律的传统认知，这将对天体物理学多个领域的研究产生影响，也将为黑洞的研究增添一个新思路。
探索黑洞的历程还将展开新的篇章，世界各国科学家的协作正在逐渐破解黑洞之谜。
形成和演化
引力坍缩
黑洞产生的过程就是恒星衰亡的过程。当一颗质量大于太阳3.2倍的恒星衰老时，它中心产生的能量越来越少，没有足够的力量承担起外壳的重量，在自身引力的作用下，核心迅速地收缩，当核心的所有物质都变成中子时，被压缩成一个密实的体积接近无限小、密度几乎无限大的星体。当核心的质量大到使收缩过程无休止地进行下去的时候，中子本身被碾压成粉末，剩下来的是一个密度高到无法想象的物质。由于质量而产生的力量，使得任何靠近它的物体都被它吸进去，包括光。
这个过程我们也可以从化学的角度去理解。通常，一颗正常的恒星最初只含氢元素，恒星内部的氢原子核时刻相互碰撞，发生聚变。由于恒星质量很大，聚变产生的能量与恒星万有引力抗衡，以维持恒星结构的稳定。氢原子核的聚变产生新的元素——氦元素，接着，氦原子也参与聚变，改变结构，生成锂元素。如此类推，按照元素周期表的顺序，会依次有铍元素、硼元素、碳元素、氮元素等生成，直至铁元素生成，该恒星便会坍塌。这是由于铁元素相当稳定，参与聚变时释放的能量小于所需能量，因而聚变停止，而铁元素存在于恒星内部，这导致恒星内部不具有足够的能量与质量与巨大恒星的万有引力抗衡，从而引发恒星坍塌，最终形成黑洞。
高能碰撞
人类无法去研究真实的黑洞，但人类研制的大型强子对撞机，为人造黑洞创造了条件。大型强子对撞机是一种将质子加速对撞的高能设备。当两个质子束在环形隧道沿着反方向运动的时候强大的电场使它们的能量急剧增加，每运行一圈就会获得更多的能量，直到接近光速发生碰撞。高能碰撞可以产生微型黑洞，微型黑洞很快就会蒸发掉，因为失去能量而消失，不足以对人类的安全造成威胁。但仍有科学家认为这很危险。
吸积与成长
黑洞以自身强大的引力从周围的空间中俘获气体、尘埃等物质而使自身重量不断增加，这个过程被称为吸积。在附近的宇宙中，小黑洞主要通过吸积成长，非常大的黑洞主要通过合并成长，两个黑洞可以互相融合形成一个更大的黑洞。相反，在遥远的宇宙中，小黑洞主要通过合并成长，大黑洞则是通过吸积成长。
年轻的黑洞通过对周围物质的不断吸积或与另一黑洞合并而发展壮大，但黑洞也如恒星一样不会永生，无法避免衰亡的宿命。
蒸发
根据量子理论，真空并不是一无所有，而是不断地有虚的正反粒子对产生。它们不停地重复着产生、湮没的过程，像潮水的涨落一样时起时消，这被称为”真空涨落”。霍金认为，假如这种涨落发生在黑洞周围，那么会有一种情况不可避免，一对正反粒子中的一个掉进黑洞里，另一个成功逃离黑洞飞到远处。如果一个反粒子被吸入黑洞，可视为一个正粒子从黑洞逃脱。正粒子携带着从黑洞里来的正能量逃逸了，即黑洞的总能量减少了。能量的损失导致质量的损失，当黑洞损失质量时，它的温度和发射率增加，质量损失会更快。这就是1974年诞生的“霍金辐射”。最后所有的黑洞将随着时间的推移慢慢地蒸发掉。大黑洞辐射地慢，小黑洞则以极高的速度辐射能量，直到发生爆炸。
主要性质
质量
一个稳态黑洞的起始质量来自与产生它的恒星，或合并前的黑洞。广义相对论下，质量或能量的分布决定了时空的性质，引起时空弯曲。黑洞的质量集中于体积无限小密度无限大的奇点，由它产生的时空曲率超过光速。黑洞的质量正比于黑洞的视界半径，即史瓦西半径。可通过史瓦西半径求得黑洞质量。由于黑洞只进不出的性质，黑洞的质量和表面积一样只增不减。一个不带电不旋转的黑洞可以由质量唯一确定。
角动量
角动量是描述物体转动状态的物理量。静止的黑洞角动量为0。一个旋转的黑洞的角动量可能会随着新物质的落入而不断变化。 视界的大小可以变大，而奇点和能层的大小可以变大或变小，这取决于新物质的角动量。 具有角动量的真实黑洞周围有被拖曳着旋转的空间。宇宙中普遍存在着不带电而旋转的黑洞，只需要角动量、质量两个物理量量就能区分两个不同的黑洞。
温度与表面引力
由于黑洞会不断产生辐射并且散失到太空中，黑洞的终极命运将是彻底蒸发、消失于无形。但在2016年，霍金提出黑洞的“软毛”可以保存黑洞熵的部分信息。所谓软毛，是黑洞视界面附近的光子。它们来自黑洞蒸发过程中的辐射。一个系统存在熵就存在温度，在视界面与熵成正比的前提下容易证明表面引力与温度成正比。表面引力就是将物体放在视界处受到的引力场强度。也就是说，黑洞所对应的温度正比于黑洞视界的引力强度，取决于黑洞的大小。一个只是太阳几倍重的黑洞，它的温度相当于绝对零度，只比绝对零度高出亿分之一度。
黑洞热力学
黑洞热力学是在霍金辐射理论基础上发展起来的。1974年，霍金在考虑黑洞附近的量子场论时，他发现黑洞并不完全是”黑“的，而是以热辐射的形式在向外辐射物质，辐射温度正比于它的表面引力，这种辐射是一种量子效应。霍金辐射的一个重要意义是使人们相信黑洞是一个真实的热力学系统。惠勒的学生雅各布·贝肯斯坦在黑洞面积永不减小的理论基础上，提出了黑洞熵的概念。他认为，在不违背热力学第二定律的前提下，从信息论的角度出发，黑洞应该有一个正比于它的视界面积的熵。霍金确定了这一正比例关系的系数并真正把黑洞的熵建立在黑洞的热力学基础之上。对照普通的热力学体系，黑洞有了自己的“热力学定律”和相应的计算公式。黑洞熵和黑洞外物质熵之和在任何物理过程中永不减小；不能经过有限的物理过程将黑洞的温度降低到零；对于一个稳态黑洞，它的视界表面引力是一个常数，它定义了黑洞的温度；对应热力学第一定律，黑洞热力学也有自己特有的能量守恒体系。黑洞热力学的研究正在揭示广义相对论、热力学和量子理论之间的深刻联系。
电磁辐射
当黑洞吞吃恒星等物质时，这些物质会被它撕扯成气体并在视界外围形成一个旋转的吸积盘。这些被吸积的气体一边旋转一边向视界面靠近，越靠近视界面转速越快。这些高速旋转的气体之间的摩擦产生大量的热，吸积盘中心的强高温气体迸发出强烈的辐射。
人类探测到的黑洞，大部分位于宇宙中普遍存在的双星系统中。有时双星系统中的另一个天体是正常的恒星。正常恒星的物质会被黑洞吸引过去，并首先进入吸积盘中。当被吸积的气体过多时，一部分没能落入黑洞的气体会沿着黑洞的两个转轴被抛射出去，产生非常壮观的喷流。
结构特征
黑洞的基本特征是由视界面来表征的，奇点和视界面是黑洞结构的共同特征。质量、电荷、角动量三个物理量可确定唯一一个黑洞，这是黑洞的物理性质，同时也表明了黑洞拥有非常简单的结构特征。能层、光子球等是它的附属特征。
奇点
奇点是位于黑洞中心的，体积无限小、密度无穷大、时空曲率无穷大的点。
广义相对论诞生后不久，卡尔·史瓦西预言，宇宙中存在一种足够致密的恒星，它会被自身的引力压缩，最终坍缩成一个体积无限小密度无限大的点，留下的只有引力场，自己本身消失殆尽。后来这个点被称为奇点。奇点是无限小的空间中包含着巨大质量的一维点，是宇宙中密度最高的地方， 具有极强的引力，任何物体只能在它周围的一定区域外游弋，这个区域被称为视界。越过视界面的一切物体，都会被拽向奇点。因其逃逸速度超过光速而没有一丝光线向外射出，我们只能根据它对周围物质产生的影响确定它的存在。
克尔黑洞由于旋转的原因，它的中心不是一个点，而是一个奇环，由奇点围成的一条圆圈线。掉入克尔黑洞的物体有可能穿过奇环进入一个新的时空区域。
视界面
视界面是包括光在内的任何物质都无法逃逸的时空分界面。在距离黑洞中心的某一距离处，逃逸速度等于光速，在此距离内，任何物质都不能逸出，此距离被称为史瓦西半径，史瓦西半径处想象中的球面就是视界面，简称视界。视界的大小与形成这个黑洞的恒星质量成正比。不旋转黑洞和旋转黑洞的视界面不同。
- 旋转的克尔黑洞，有内外两个视界面，一个是球形一个是扁球形。球形的视界面称为事件视界面；扁球型的视界面称为静止界限, 简称静限。
能层
旋转黑洞除了有内外两个视界面外，还有内外两个无限红移面。在外视界和外无限红移动面之间，内内视界和内无限红移面之间，各存在一个能层。穿过外红移面进入外能层的物体，只要不进入外视界，就并未进入黑洞，仍有可能逃离。进入外视界的物体将落入内视界无法逃离。能层中的能量是黑洞系统产生喷流的能量来源。这种能量是可以通过大尺度磁场提取的。
黑洞剖面图
光子球
光子球是个零厚度的球状边界。黑洞的引力在这个边界所产生的重力加速度，刚好使得部分光子以圆形轨道绕黑洞旋转，对于不旋转的黑洞，这个轨道大约是史瓦西半径的1.5倍，会随着黑洞的成长而变动。
最内侧的稳定圆形轨道
围绕黑洞旋转的吸积盘，有一个临界区域，在这个区域内，物质不再能稳定地绕黑洞旋转，如果没有外力的帮助，注定会被黑洞吞噬。这个位置在吸积盘和黑洞的事件视界之间，被称为“最内层稳定圆轨道”，简称ISCO。对于一个简单的、不旋转的黑洞，其ISCO是史瓦西半径的三倍。对于普遍存在的旋转黑洞，ISCO就很难计算，因为这取决于黑洞旋转的速度，以及物体所处的轨道是随着黑洞旋转，还是反其道而行逆行。
分类
根据质量大小分类
微型黑洞：原初黑洞的一种。根据大爆炸宇宙学理论，在早期宇宙中，可能存在一些微型黑洞，一个质量为10的15次方克重的黑洞。其空间尺度只有10的-13次方厘米左右，相当于一个原子核的大小。由于温度很高而有很强的发射。高能天体研究所发现的高能爆发过程也许就是这些小黑洞的发射及其最终的爆发引起的。
2. 恒星级黑洞：起源于大质量恒星的引力坍缩，是大质量恒星死亡后形成的，是宇宙中存在最广泛的黑洞。理论上预测，银河系中可能有上亿个这样的黑洞。2019年11月28日，中国科学院国家天文台刘继峰、张昊彤研究团队的一项重大发现，在国际科学期刊《自然》上发布，一颗70倍太阳质量的黑洞，通过中国的郭守敬望远镜被发现。这颗黑洞的质量远超理论预言的质量上限，颠覆了人们对恒星级黑洞形成的认知。虽然理论预言银河系有上亿颗恒星级黑洞，但一共发现的只有约20颗，且质量都小于20倍太阳质量。1964年有科学家用观测方法发现了第一颗恒星级黑洞。
- 超大质量黑洞：质量特别大的黑洞被称为超大质量黑洞，几乎在所有星系的中心都存在超大质量黑洞，通常有太阳质量的100万到几十亿倍，霍尔姆15A星系团中的黑洞质量是太阳的400亿倍。这种黑洞可能产生于种子黑洞的吸积，也可能产生于黑洞的并合过程。超大质量黑洞的密度可以很低，甚至比空气的密度还要低。
根据广义相对论下黑洞的时空几何特征分类：
1. 史瓦西黑洞， M（质量）不等于0，J (角动量)和Q(电荷) 等于0。 史瓦西于1916年提出了史瓦西黑洞假说，这是一种不带电、不自旋的黑洞。史瓦西黑洞又被称为“寻常黑洞”，其本身只是一种假说模型，是理想状态下的黑洞，并不能代表现实当中黑洞的真实面貌。
2. 克尔黑洞， M不等于0，J不等于0， Q=0。克尔黑洞是旋转不带电的黑洞，有内外两个视界，其间有能层。1963年，新西兰数学家、物理学家罗伊·克尔得到了能描述不带电旋转恒星的爱因斯坦引力场方程的解，由这类恒星坍缩形成的黑洞被称为克尔黑洞。相比于静态的史瓦西黑洞，克尔黑洞更接近于实际物理上的黑洞。
3. 瑞斯尼-诺斯特朗黑洞， M不等于0，J=0，Q不等于0。这是一种带电但不旋转的黑洞 。
4. 克尔-纽曼黑洞， M不等于0，J 不等于0，Q不等于0。 这是一种旋转且带电的黑洞。
瑞斯尼-诺斯特朗黑洞和克尔纽曼黑洞两种都是带电黑洞，一般认为带电的黑洞不大可能具有重要的天体物理意义，因为在天体物理环境中，一个带电天体将被周围的等离子体迅速中性化。所以在天体物理中具有重要意义的是史瓦西黑洞和克尔黑洞。宇宙中存在的黑洞大多都是克尔黑洞。
相关研究
黑洞与广义相对论
在广义相对论理论体系中，时间和空间合在一起被称为时空。时空是一体化的，不可分的。 曲率指弯曲的程度。时空曲率指的是时空被弯曲的程度。宇宙中一切物质的运动都可以用时空曲率来描述，引力场实际上是一个弯曲的时空，这个弯曲的时空决定了物质和能量运动的规则。在引力场中，时空的性质是由物体的“质量”（或能量）分布决定的，物体“质量”的分布状况使时空性质变得不均匀，引起了时空的弯曲。物质密度越大的地方，时空曲率也就越大。也就是说，当光线经过一些像黑洞这样的“大质量”的天体时，它的路线是弯曲的，它将沿着“大质量”物体所形成的“时空曲面”前进。万有引力的本质是时空弯曲。广义相对论成功预言了黑洞，是黑洞研究的重要理论依据。
科学家从十八世纪就开始猜想黑洞的存在，直到广义相对论诞生，黑洞的真实存在才得到确认。物理学家史瓦西利用爱因斯坦方程求解，得到了广义相对论的一个严格解——如今被称为施瓦西解，推导出了一个拥有无限密度和极高质量的天体，这就是黑洞。它能使时空发生极度弯曲，要摆脱这种时空弯曲，所需的逃逸速度超过了光速，可宇宙间没有可以超过光速的物质，所以包括光在内的所有物质，只要进入黑洞就无法逃脱。
而今人类已经手握黑洞照片，这与爱因斯坦广义相对论所预言的黑洞完全吻合。
黑洞无毛定理
黑洞是由大质量恒星坍缩聚集而成的体积无限小、密度无限大的奇点和周围几乎空空如也的一部分天区组成的，已丧失了形成它的恒星的一切讯息。落入黑洞的视界面的物体，它的绝大部分信息已失去。美国物理学家约翰•惠勒认为，黑洞只剩下质量M、角动量 J 和电荷Q三个特征。知道了这三个特征也就知道了有关它的一切。无论什么样的黑洞，其最终性质仅由质量、角动量、电荷这三个物理量惟一确定。这种特征被他戏称为“黑洞无毛”。这就是有名的黑洞无毛定理。毛”指的是坍缩前恒星的种种细节。1973年霍金、布兰登·卡特尔等人证明了“无毛定理”的正确性。
黑洞无毛定理形象地展示了黑洞这种特殊天体极简的物理特征。
同时，黑洞无毛定理也没有否认可能有其它量子荷的存在。“黑洞无毛”的观点被量子力学挑战后，黑洞的特征变得多了起来。
黑洞的透镜效应
黑洞巨大的引力，使得它周围的光线发生大幅弯曲并向着它的方向靠近。即使是被黑洞挡着的恒星发出的光，虽然有一部分会落入黑洞中消失，可另一部分光线会通过弯曲的空间绕过黑洞而到达地球，这样我们就能观察到黑洞背面的星空了，就像黑洞本身不存在一样。有些恒星不仅是朝着地球这边发出的光能直接到达地球，朝其它方向发射的光也可能被附近黑洞的强引力弯曲而能到达地球。这样我们不仅能看见这颗恒星的正 面，还同时看到它的侧面、或背面，甚至有时可以看到来自同一颗恒星的两个或多个像。黑洞通过这种引力透镜效应把自己藏在茫茫宇宙之中，给人类留下无限遐想和猜测。
探索成果
黑洞照片
直接观测黑洞的序幕是由黑洞的首张照片拉开的。2019年4月10日，事件视界望远镜(EHT)宣布，已成功获得超大质量黑洞的第一个直接视觉证据，该黑洞图像为室女座星系团中超大质量星系M87中心的黑洞，它距离地球5500万光年，质量为太阳的65亿倍。由8个地面射电望远镜组成的观测阵列，形成一个口径如地球大小的“虚拟”望远镜来捕捉黑洞图像，其所达到的灵敏度和分辨本领都前所未有。爱因斯坦提出的广义相对论得到了首次试验验证。
通常认为大多数星系中心都存在一个超大质量黑洞。我们所在的银河系中心的黑洞大约有400万倍太阳的质量。
2022年5月12日，人类首次拍摄到银河系中心超大质量黑洞*(简称Sgr A*)的照片。这是继2019年4月人类拍摄到室女座星系团中M87中心超大质量黑洞照片后的第二张黑洞照片。这张照片集结了来自全球80个研究机构共300多名研究人员组成的EHT合作组织的共同努力才得以实现。除了开发复杂的工具来克服Sgr A*成像面临的挑战外，研究团队花了五年时间，用超级计算机合成和分析数据，编纂了前所未有的黑洞模拟数据库与观测结果进行严格比对。
这次发布的观测成果给出了该天体就是黑洞的实证，为人类理解星系中心的黑洞的行为提供了 宝贵的线索 。这意味着人类在观测设备、观测技巧、数据处理能力等多方面有了一次系统化的飞跃。同时，这一成果进一步提升了对爱因斯坦广义相对论的检验。该照片由事件视界望远镜（EHT）合作组织这个国际研究团队，通过分布在全球的射电望远镜组网“拍摄”而成，科学家之前已观测到众多的恒星围绕着银河系中心一个不可见的、致密的和质量极大的天体作轨道运动。这已强烈暗示这个被称作人马座A*的天体是一个黑洞，而这次所得的照片则提供了首个直接的视觉证据。
黑洞与引力波
广义相对论预言了黑洞也预言了引力波。引力波是大质量天体爆发、旋转或合并等事件引发的“时空涟漪”。在物理学中，引力波以引力辐射的形式传输能量 当物质的分布改变时，时空也会发生相应变化，就好像在平静的湖面丢进一块石子，湖面就有一圈波浪向外荡漾，时空也会将涟漪向外传开，这就是引力波。因为引力波携带着波源的信息，所以可以被当作探测宇宙深处的工具。 引力波的频率很宽， 就像交响乐中的高、低、中音一样。不同频率有不同的探测方法。科学家们可以通过捕捉和测量引力波，计算出黑洞的质量。2016年2月11日，美国LIGO项目科学家宣布，人类于2015年9月14日首次直接探测到了引力波，人类“听”到了黑洞。13亿光年之外，两个黑洞合并产生的引力波被美国的“激光干涉引力波天文台”探测到，这为黑洞的存在提供了最直接明确的证明。同时也证明了恒星级双黑洞系统的存在。合并过程中相当于有３个太阳质量的能量以引力波的形式释放。自２０１５年到2018年，科学家探测到１０次由黑洞合并事件产生的引力波。黑洞使人类发现引力波，并有了利用引力波探索和感知宇宙的新能力，能够更精确地来观察宇宙中遥远的角落。源自大爆炸的引力波，还能帮助科学家更好地理解宇宙的构成。
探索黑洞的意义
黑洞是宇宙空间中一处离奇古怪、神秘莫测的风景，我们越是看不到它越想知道它的样子。探索未知是人类生存和前进的动力，也推动人类向更先进更文明的方向发展。了解黑洞这一天体，有利于我们探索时空的起源、推测宇宙的未来；也有益于增强人类面对生存挑战的能力，减少太空探索风险；同时黑洞也吸引了更多的人加入到天文学研究中来；物理学研究也由此获得了许多新的灵感。有迹象表明，黑洞也许是科学家将广义相对论和量子理论统一起来的一个向导，从而推动人类科学进一步发展。
物质告诉时空如何弯曲，时空告诉物质如何运动。黑洞弯曲了时空，捕获着周围的物质，时空也让黑洞在广义相对论的规则下存在和运动。它们或大或小，或轻或重，遍布宇宙星空。现在我们只能看到它的外围，它里面究竟是什么样，最大的那一颗藏在哪里，它们吞吃多少才足够, 有关黑洞的种种谜团仍旧等待人类去破解。探索黑洞的道路上，有你，有我，有跨国界的科学协作，有人类共同的追求与和执着。
