黑洞的簡介
（什麼情況下會產生黑洞）（黑洞是什麼）（各種黑洞的介紹）（廣義相對論與黑洞）首頁
恆星的一生
甚麼情況下會產生黑洞
•紅超巨星：大質量恆星
•超新星爆炸： 3倍以上
•恆星質量在太陽的30倍以上
或殘核質量在3倍太陽質量以上
甚麼情況下會發生黑洞？
超新星爆炸除了往外炸開的殘骸之外，原先核心部分仍繼續向內塌縮。這時有兩種可能的情況會發生。核心質量很大的，一般認為大約大於3到5個太陽質量，會一直塌縮下去，變成一種很奇怪的物體：黑洞。
大質量的恆星演化到中心的碳氧核心向內收縮時，因為質量夠大，內縮的萬有引力夠強，以致於電子簡併的壓力不足以抵擋萬有引力，核心於是持續收縮，溫度升高，直到碳和氧可以進行更進一步的融合反應，形成更重的元素，例如氖和鎂。在核心部分，這樣的，收縮融合，再收縮融合，的過程一直接續發生，直到合成鐵為止(圖f04-05-01)。
[f04-05-01鐵核心的形成]
在這些過程當中，恆星的整個體積也是反覆地膨脹與收縮，也因此有很劇烈的質量散失。圖f04-05-02中的「手槍星」(因為它的噴出物看起來像手槍)，以及圖f04-05-03的船底座h星都是演化末期的大質量恆星。它們噴發散失了大量的物質，造成這兩幅特殊的景像。而事實上，它們接下來隨時可能會發生的，則是更壯烈的事
件─超新星爆炸。
[f04-05-02手槍星]
[f04-05-03船底座h星]
在恆星內部鐵核形成之後，並沒有進一步的核融合反應可以提供能量來抵擋萬有引力的收縮。因此核心密度一再升高，整個核心就像是一個超大的原子核一樣。在接下來的某一瞬間，許多電子被質子捕捉，轉變成中子。在這一瞬間，核心物質的性質頓時改變，變得堅硬了些。原先在這核心外圍一起向內收縮的物質一下子反彈子出來，而把更外圍較低密度的物質整個向外炸了開來。這就是超新星的爆炸。
伴隨這整個過程的是極大的能量釋放。首先是許多微中子帶走了絕大部分的能量，而後向外炸開的物質，本身也具有很大的能量，使得這整個星球外圍炸開的物質溫度增高，且放出大量的光。之所以叫做「超新星」是因為它突然變得很亮，像一顆新出現的星星，並且常常有可能亮到幾乎是一整個星系的亮度。在爆炸的那一瞬間，巨大的能量也使得許多比鐵更重的元素得以形成，包括許多放射性元素。
恆星總質量小於0.08太陽質量: 恆星連氫反應也不能被燃點,未能踏入主序,沒有氣體壓力抗衡引力,恆星只能塌縮,由於恆星質量小,氣體很快就被塌縮到簡併態,恆星單靠簡併壓抵抗引力,此後恆星在幾乎平衡之狀態下把內部熱能帶走,恆星漸漸冷卻,成為一顆棕矮星(brown dwarf).
質量在0.08-0.5太陽質量之間: 恆星能夠點燃氫反應並形成氦心,之後和上一節所述一樣演化成紅巨星,氦心簡併後也不足以點燃氦反應,結果形成一顆氦為主的白矮星,隨著能量被帶走,恆星漸漸冷卻.
(Horizon說質量小於0.4太陽質量之恆星有可能全是對流層不能形成氦核不能形成紅巨星,我覺得也可接受)
質量在0.5-3太陽質量之間: 恆星在紅巨星階段可進一步燃點氦反應,恆星質量小故中心達簡併態,氦閃過後,恆星會回到水平分支(horizontal branch)上,氦燃燒殆盡後形成碳心,結果恆星形成氫核包氦核包碳心,但是恆星不夠高溫再次點燃碳反應,結果形成一顆碳氧為主的白矮星,隨著能量被帶走,恆星漸漸冷卻.而氫氦殼一直被推出形成行星狀星雲.
在0.5-3太陽質量之間: 恆星在紅巨星階段可進一步燃點氦反應,恆星質量小故中心達簡併態,氦閃過後,恆星會回到水平分支(horizontal branch)上,氦燃燒殆盡後形成碳心,結果恆星形成氫核包氦核包碳心,但是恆星不夠高溫再次點燃碳反應,結果形成一顆碳氧為主的白矮星,隨著能量被帶走,恆星漸漸冷卻.而氫氦殼一直被推出形成行星狀星雲.
質量在3-8太陽質量之間: 恆星在紅巨星階段可進一步燃點氦反應,核心未達簡併已可點燃氦反應,氦閃不發生.氦反應會令碳核堆積,而氫氦殼被推出,恆星又一次經歷巨星階段,再推出令殼形成行星狀星雲,然而碳核因持續塌縮令溫度不斷增高,碳核達簡併態,一剎那之點燃產生碳爆,把整個恆星炸毀.
然而要補充一點,從某些中子星可推斷出其前身是3-8太陽質量的恆星,要是每個3-8太陽質量的恆星都經歷碳爆,那些中子星有怎麼解釋呢?另外,碳爆會令鐵核中的鐵系元素拋到外太空,可是根據量度,鐵系元素在太空中之比例遠比預期中少.這個令天文學家大惑不解.
質量在8-30太陽質量之間: 恆星在紅巨星階段可進一步燃點氦反應,核心未達簡併已可點燃氦反應,氦閃不發生.氦反應會令碳核堆積,而氫氦殼被推出,恆星又一次經歷巨星階段,再推出令殼形成行星狀星雲,然而碳核因持續塌縮令溫度不斷增高,未到簡併態已達到足夠溫度點燃碳反應,碳爆不發生,核心因碳反應堆積了鎂及鐵元素,鐵反應吸熱導致恆星以自由下落速度塌縮,產生簡併中子氣體,恆星已進入萬劫不復之地,超新星爆發令中心只殘留一顆中子星,中子星以簡併中子壓支撐,慢慢冷卻.
質量在30太陽質量以上: 和上述情形一樣,可是超新星爆發後,遺下的中子星不足以抗衡引力,持續塌縮演化成黑洞.
甚麼情況下不會產生黑洞
•紅巨星：質量在在太陽質量3倍以下
•白矮星：殘核質量在1.4倍以下
•中子星（波霎 ）：殘核質量1.4~ 3倍之間
甚麼情況下不會發生黑洞？
而質量較小的，因為萬有引力相對地較小，當核心縮小，密度大到中子的簡併壓力足以抵擋萬有引力時，一個穩定的結構就可以形成。因為這樣一個星球是由中子簡併的壓力在支撐著，所以叫做「中子星」。中子星的直徑大約是十公里左右而已，但是質量卻和太陽相當。
紅巨星
不會一直的存在，它也會有消耗它的核燃料的時候，直到滅亡。而恆星消耗完它的核燃料會發生什麼？取決於恆星的質量。大而重的恆星在滅亡時和小恆星不同。中等輕重的恆星，像太陽，當它耗盡燃料時會膨脹，而且溫度升高，它將變為一個巨大的、膨脹的恆星── 紅巨星 (Red Giants)。這個轉變是由恆星的深處發生的變化引起的，因為它內部核心區域中的氫幾乎己經燃繞殆盡，而絕大多數變成了氦。
沒有燃料加進去，終將慢慢熄滅下來，這樣內部的平衡無法維持，強大的引力使它好像柱梁折斷的高樓大廈，一下子猛然坍縮──天文學上稱之為「引力坍縮」，奇特的是，這樣的坍縮又使它獲得「生機」，引力能使核心溫度壓力進一步提高，並把氦元素點燃起來，開始了新的氦變鈹、鈹變碳、碳變氧等一系列的熱核反應。它們雖然是不循環的，但已生成的加原來存在的氦(約20%)，也足以維持一段相當長時間，使它繼續光發光。在恆星內部完成這種反應轉變的同時，它的外面部分卻會急劇地膨脹起來，半徑可比原來大幾十甚至幾百倍，但表面溫度則因此而會下降，所以譜型變晚，星光變紅，終將變成類似獵戶α、天蝎α那樣的紅巨星。
如果把恆星比喻人的一生的話，紅巨星大約是屬於中壯年期，在這階段，它的內部己不再是氫核，而是燃燒著的氦核，而且還在不斷收縮之中。收縮的能量一部分維持上述那些不循環的熱核反應，一部分則傳給恆星外層，使它們不斷膨脹，並表現出一些活動的特性，如光變，拋出大量物質等。
中子星（Neutron
Star）：
一顆半徑不到 15公里，但每立方公分就擁有數十億噸質量的超高密度、幾乎都是中子所組成的星體。
它是恆星演化到核融合反應結束、邁向死亡而塌陷後僅靠中子間的斥力維持它不致繼續塌陷的星體。因為中子星通常都俱有強烈的磁場和高速的自轉，以致於在它的磁場兩極有電磁波輻射和物質噴流的現象；
若這些電磁波能規律地仿如燈塔的探照被我們觀測到，所以在 1967 年由於這個特徵發現了它們的存在， 因此它們也有著「波霎」的稱呼。
當一個巨大恆星在超新星爆炸後，如果恆星的質量較重（大約比地球重4至8倍)它就有可能成為中子星，也稱作脈衝星。由於本身的重力非常大 ，連電子緊貼在原子核外面也撐不住內縮的力量，電子就會被擠壓進原子核，而與質子結合成中子。因此這樣的星體極為奇特，因為整顆星就是中子組合成的星球。直徑約十公里左右的中子星。而它的殼層十分牢固，任你重錘猛敲，火燒冰凍，都無法破壞它。中子星和其他恆星相比，體積小，密度大。一立方公分的中子星物質，竟重達10億多噸！如綠豆般大小的東西要1萬艘萬噸輪才承受的起。而一般中子星非常小，但質量卻很大，表面溫度約一百萬左右，但因為體積小，所以亮度很低。
高速自轉的中子星也稱脈衝星，這是因為它們可以產生快速脈動的可見光，無線電波和x射線，伽瑪射線光束，當脈衝星在自轉時，就會產生短而有規律的脈衝波(波霎pulsar)，己知脈衝同期在0.03~4.3秒之間，脈衝的周期極為穩定，足以與最好的原子鐘相媲美，而每當光束指向地球時，我們就可看見它。在浩瀚的宇宙中，它就像是一座燈塔一樣
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自從時空被彎曲了之後
其實宇宙裡的許多秘密很有可能
就這樣被藏了起來
最原始的黑洞概念
黑洞最原始的概念，是在1783年由劍橋學者米契爾(John Michell)首先提出，他最先提出黑洞的可能性，他所認知的時空是牛頓的絕對時空概念，當時他認為如果一個物體的「脫離速度」無限大的時候，則連光線也沒有辦法逃離這個物體的吸引，他把當時所觀看到的這種星體稱做「暗恆星」。
光線被困住的時候
絕對的時空概念 牛頓 相對的時空
愛因斯坦
脫離速度
米契爾認為，假如我們垂直發射一枚砲彈，由於重力的作用，砲彈向上的速度會越來越慢，最後會停止上升而開始墜落。然而，假如上升的初速度大於一個稱為「脫離速度」的臨界值，重力就無法令砲彈停止，最後砲彈一定會飛走。地球表面的脫離速度約每秒11公里，太陽表面的脫離速度約每秒600公里。
恆星如何變成黑洞
通常恆星變成黑洞有一定的過程，這個恆星通常質量必須很大，約比太陽大三倍以上，起初它是類似「獵戶座星雲」那樣的雲氣，由於重力收縮的作用，它開始逐漸變熱，這時它的熱力便足夠啟動核融合反應，在這個星體的內部便產生一股一壓力，這股壓力讓星體停止收縮，並且開始輻射出光線。
由於這一類的重恆星質量通常非常大，於是它們核融合的速度便非常快，等核融合反應結束了之後，它們便開始產生另一種核融合反應，則是把氫、氦等元素轉換成質量較大的氧或碳，由於這個過程會放出非常多熱量，於是星體本身便開始降溫，在降溫的同時這個星體的體積開始縮小，一直到最後它可能縮小至一個體積為零密度無限大的奇異點，並且行成光線彎曲的「事件視界」。
事件視界
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各種黑洞的介紹
•Kerr black hole 克爾黑洞 (史瓦茲黑洞?)
•primordial black holes 原始黑洞
•middleweight blackholes中量級黑洞
•其它黑洞
M87黑洞附近的噴流
黑洞與其伴星的情況
黑洞周圍的吸積盤
黑洞1
黑洞2
利用x射線觀測超新星、黑洞
•恆星質量黑洞
•巨大黑洞(giant black hole)
•黑色不是暗?
黑洞 ~時空之旅?
•黑洞-->蟲洞-->白洞-->另一個宇宙
•白洞
•蟲洞
•時空之旅:重力曲率崩潰
black hole 黑洞 _愛因斯坦廣義相對論所預言的超級緻密天體，它已經塌縮到逃脫速度超過光速。有許多活耀星系核心，可能有質量是百萬到千萬倍太陽質量的超級黑洞。大質量恆星在演化末期也可能會形成黑洞，不過目前還沒有明確的觀測證據，天鵝座 X-1 和 LMC-3 都是可能的候選天體。
黑洞（Black Hole）：
一顆年老且巨大的星球在 生命即將結束時，會塌陷入自體之中，變成體積微小、密度卻極重的物體，
其重力比一百萬個太陽還大。它可吸入任何物體，甚至光線，形成一個看不到任何東西的區域，它就是「黑洞」。
黑洞吸入物質、黑洞兩極噴流：
黑洞雖然是平時無法目視得到的超巨大重力場區域，它形成後會一直吸入鄰近的物質，
在這些星際物質包圍下更不易曝露出它的存在。在1997年起，哈柏太空望遠鏡利用紅外光可穿透這些物質雲氣的特性，仿如照妖鏡般地證實了它們的存在。因為黑洞中心通常都具有強烈的磁場和高速的自轉，
以致於在它的磁場兩極被發現有周期性、量子性的物質噴流現象。不旋轉的黑洞是依據數學方成式解出的.旋轉黑洞則是在考慮現實狀況下加入條件後修改而成的.不過不含角動量的恆星不無可能存在,靜止黑洞模型有其存在價值,名為休華茲希特黑洞.一般相信黑洞是由一些巨大的恆星燃燒完了因冷卻而使星體向內坍縮
因為質量太大阻止變成超新星反而繼續坍縮成黑洞 要找出黑洞是藉由旁敲側擊的方式 如果一個點應該有光線而沒有光線或這點附近的光線有曲折
Kerr black hole 克而黑洞 ~廣義相對論方程式的數學解之一種，用來描述自轉的黑洞。
primordial black holes 原始黑洞 ~宇宙大爆炸過程中可能產生的低質量黑洞。
中量級黑洞 (middleweight blackholes)~ Astonomers 也觀察黑洞, 這(洞)在尺寸 (大約比我們的太陽 100 到重 10 000 倍) 中在中間在(這些)輕的和 heavyweights 。
M87黑洞附近的噴流
天文學家首度觀測到五千萬光年外，M87星系中心黑洞附近的區域，他們發現到一個不可思議的現象，一道強大的次原子束噴流，以近乎光速的速度由星系中心向外噴出，而且噴出的範圍達數千光年遠！這些天文學家是利用歐洲與美國的電波望遠鏡，才得到這高解析度的影像資料。
左圖上：特大天線陣(VLA)在1989年二月所拍攝M87電波影像，顯示出巨大的泡狀結構，科學家認為這道噴流是來至黑洞所發射的次原子束。
右圖上：哈柏太空望遠鏡(HST)在1998年二月所拍攝到M87可見光影像，顯示出有高速的噴流由核心射出，估計這噴流是由一個三十億倍太陽質量的黑洞所產生。
圖下：特長基線天線陣(VLBA)在1999年三月所拍攝到M87接近黑洞中心的影像，其中影像中的假色是對應噴流周圍電波輻射的強度，紅色區域大約為1/10光年寬
黑洞圖2
黑洞的質量非常大，因此它最大的特性，就是具有一股強烈的吸引力。在它附近的所有物質，只要引力可及，都會被它吸食，就連跑得最快的光線也逃不出它的掌握。(圖片說明：黑洞吞食星球圖。在氣體圓盤的中心附近，還有沿著旋轉軸方向噴出的電漿噴射流。)
黑洞吞食星球時，會先猛烈吸引星球外圍的氣體。這些氣體會在黑洞四周形成圓盤狀的漩渦，快速繞著黑洞旋轉，最後掉入黑洞。黑洞就藉著不斷吸入的物質和光，愈長愈大。
當圓盤狀的旋轉氣體和四周的氣體摩擦時，溫度逐漸上昇，最後到達攝氏數百萬度以上，並放射出強烈的愛克司光(Ｘ光)。Ｘ光的強度，會因氣體圓盤的急速旋轉而產生不規則的變化。科學家便利用人造衛星，追蹤這種不穩定的Ｘ光源，來搜尋出黑洞的所在。目前已發現位於銀河系天鵝座的天鵝X-1星，很可能就是一個是離地球最近的黑洞。由於黑洞充滿驚奇與不可思議，關於它的種種，仍然有待科學家更進一步的探討和研究。
黑洞圖1
2
黑洞周圍的吸積盤 黑洞與其伴星的情況
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狹義相對論把質量和能量,時間和空間聯繫起來
廣義相對論再把質能和時空聯繫起來
廣義相對論認為任何物質的運動都與引力場有關
重力是時空裡一個扭曲的「場」，而這個扭曲的場是由於質量的存在所造成的。當考慮微弱的重力場時，它可被簡化為牛頓理論。
它的一些奇異結果包括在強大的重力場下，時空被扭曲，因此光線亦會被扭曲；並且如鐘錶在強大的重力場下行得 較慢；木棒在強大的重力場下變得較短。太陽的重力場會使通過太陽附近的星光彎曲 ，產生重力透鏡效應
物體在外太空中前進， 除非進入行星或恆星的重力場所形成的時空彎曲範圍內，否則它將永遠循直線運行。物體以高速前進時， 若受重力場影響，將會偏離原路徑。
黑洞名稱的由來和演進
1969年美國科學家約翰.惠勒所創
1783年劍橋的學監約翰.米歇爾在「倫敦皇家學會哲學學報」指出，一個質量足夠大並足夠緊緻的恆星會有如此強大的引力場，以至於連光線都不能逃逸。這是我們現在稱之為黑洞的物體。
黑洞是科學史上極為罕見的情形之一，在沒有任何觀測到的證據證明其理論是正確的情形下，作為數學的模型被發展的非常詳盡的地步
加拿大科學家威納.依斯雷爾在1967年指出，根據廣義相對論，非旋轉的黑洞必須是非常簡單完美的球型，其大小只依賴於他們的質量，並且任何兩個這樣同質量的黑洞必須是等同的
任何非旋轉恆星，不管其形狀和結構如何複雜，在引力塌縮之後都將終結成一完美的球形黑洞，其大小只依賴於他的質量
黑洞無毛定理
大衛.羅賓遜引用布蘭登.卡特和史蒂芬.霍金的理論證明在引力塌縮之後一個黑洞最終必須演變成一種能夠旋轉，但是不能搏動的態，並且大小和形狀只取決與它的質量和旋轉速度，與塌縮成為黑洞的原先物體的性質無關
羅傑.彭羅斯和史蒂芬.霍金根據廣義相對論指出在黑洞中必然存在無限大密度和時空曲率的奇點，在此奇點，科學定律和預言將來的能力都會失效
而廣義相對論方程式存在一些解，使得太空人可能可以看到奇點，他也許能避免撞上奇點，而穿過蟲洞去到宇宙的另一區域，但此解非常不穩定
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