黑洞的形成
黑洞其實和中子星,白矮星一樣都是恒星演化的產物,唯一不同的是它們是不同質量恒星演化的產物,其中黑洞是超大質量恒星演化的產物。
具體來說是這樣的,我們都知道恒星本身是會燃燒的,就好像爐子一樣,只不過爐子燒的是煤或者木炭,而恒星燒的是原子核。
剛步入主序星時期的恒星,都是燒氫原子核的,這種燃燒的方式叫做核聚變。這是因為恒星的質量都特別大,引力會使得恒星中心的溫度特別大(可以理解成擠壓出來的結果),就拿太陽來說,核心的溫度可以達到1500萬度,而質量越大,引力也就越大,核心的溫度就可以達到更大的溫度,這我們下文會提到。
由于恒星內核溫度特別高,使得恒星是成等離子體的,意思是,電子和原子核是在當中呈現游離態的,而不是構成原子的狀態,就像一鍋粒子粥一樣。

所以,這當中的反應并不是原子和原子之間進行反應,而是原子核和原子核之間進行核反應。而宇宙中70%都是氫原子,剩余的是氦原子(這是由于大爆炸導致的,其中氫和氦是原子序數第一和第二的兩個元素),只有不到1%是其他的元素。

而氫的核反應條件要遠比氦要求低,因此氫原子核作為燃料的核聚變會最先被點燃,而核反應的爐渣其實就是氦,整個過程就是四個氫原子核通過核聚變產生氦-4。

內核的氫燒完之后,如果是紅矮星,那反應就停止了,因為紅矮星通過自身引力收縮迫使內核溫度達到氦核反應的條件。而質量大一點的恒星,比如:太陽,就可以通過收縮內核,使得條件達到氦核聚變的條件,然后原來的爐渣變成了燃料開始核聚變,氦核反應會生成碳原子核和氧原子核,這就好像換了檔一樣。

當氦燒完之后,就會剩下一堆爐渣:碳原子核、氧原子核。而又會有一批的恒星停留在這個階段,而質量更大恒星還能夠繼續收縮內核,迫使碳發生核聚變反應。不過,超大質量的恒星就不只是這樣的了,它們不僅能迫使碳反應,還能迫使碳之后的硅反應,一路一直核反應,直到鐵原子核的出現。

之前的恒星的核反應主要在核心進行,而此時的超大質量恒星卻是一個奇葩,由于內核溫度特別高,導致每一層都在發生核聚變,最外層是氫核聚變,最內核是鐵原子核。但是鐵其實是比結合能最大的元素,意思是說鐵很難發生核反應,最大的差別就在于前面的核聚變其實都是在釋放能量,而鐵原子核的核反應需要吸收能量。

整個過程大概就是光子進入到鐵原子核內,直接擊碎鐵原子核,然后質子和電子相遇后會生成中子和中微子,就會發生II型超新星爆發。

此時會出現兩種情況,第一種是恒星的內核在引力的作用下,中子聚合成了一個中子星。

而中子星說白了就是引力和中子簡并壓力達到了平衡。這是由于泡利不相容原理導致的結果,這理論簡單來說就是中子不可以處于兩種相同的狀態,它們應該按照規矩好好排排坐。

但是還有一種情況就是恒星內核的質量質量超過3倍太陽的質量(這也被稱為奧本海默極限),那么它就不會停留在中子星的狀態,因為中子的簡并壓力都無法抵抗引力,繼續向下壓縮,按照理論應該可能會出現夸克星,也就是夸克的簡并壓力和引力達到平衡,但事實上,我們并沒有觀測到夸克星的存在。因此,我們可以認為,此刻內核就會變成一個黑洞。

所以,到底能不能形成黑洞,首先恒星的質量至少要達到8倍以上的太陽質量,是一個特大質量的恒星。并且在演化過程當中,發生II型超新星爆炸后,內核的質量要超過奧本海默極限,那么內核就會在引力的作用下形成一個黑洞。
黑洞是什么樣子的?
實際上,黑洞最有名應該是它能把光都吸走。按照目前主流的引力理論,也就是廣義相對論,引力的本質是時空的彎曲。

就拿太陽來說,由于太陽的質量巨大,它壓彎了時空,而地球就沿著時空的測地線(也就是時空的“直線”)運動。(我們從二維的角度來看)

那黑洞也能彎曲時空,只不過它對時空的完全遠遠超過太陽。這樣的彎曲程度,導致光經過附近時,如果沿著測地線運動就會掉入到黑洞當中。

如果要用牛頓理論來理解,其實就黑洞的第二宇宙速度遠遠大于光速,導致光沒有拜托黑洞的引力,只能掉入黑洞。而光速已經是宇宙中物質、信息、能量的極限速度,因此,物質遭遇黑洞時,基本上都會往里掉。
