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根据黑洞本身的物理特性质量,角动量,电荷划分,可以将黑洞分为四类:不旋转不带电荷的黑洞,它的时空结构于1916年由史瓦西求出,称史瓦西黑洞。
不旋转带电黑洞,称赖斯内尔-诺德斯特洛姆(Reissner-Nordstro ,简称R-N)黑洞。时空结构于1916至1918年由赖斯内尔(Reissner)和诺德斯特洛姆(Nordstro)求出。
旋转不带电黑洞,称克尔黑洞。时空结构由克尔(Kerr)于1963年求出。
旋转带电黑洞,称克尔-纽曼(Kerr-Newan,简称K-N)黑洞[MOU2] 。时空结构于1965年由纽曼(Newan)求出。
转动且带电荷的黑洞,叫做克尔-纽曼黑洞。这种结构的黑洞视界和无限红移面会分开,而且视界会分为两个(外视界r+和内视界r-),无限红移面也会分裂为两个(rs+和rs-)。外视界和无限红移面之间的区域叫做能层,有能量储存在那里。越过外无限红移面的物体仍有可能逃离黑洞,这是因为能层还不是单向膜区。
单向膜区内,r为时间,s是空间。穿过外视界进入单向膜区的物体,将只能向前,穿过内视界进入黑洞内部。内视界以里的区域不是单向膜区,那里有一个“奇环”,也就是时间终止的地方。物体可以在内视界内自由运动,由于奇环产生斥力,物体不会撞上奇环,不过,奇环附近有一个极为有趣的时空区,在那里存在“闭合类时线”,沿这种时空曲线运动的物体可以不断地回到自己的过去。
宇宙中绝大部分星系,包括我们居住的银河系的中心都隐藏着一个超大质量黑洞。这些黑洞质量大小不一,大约100万~400亿个太阳质量。天文学家们通过探测黑洞周围吸积盘发出的强烈辐射和热量 推断这些黑洞的存在。物质在受到强烈黑洞引力下落时,会在其周围形成吸积盘盘旋下降,在这一过程中势能迅速释放,将物质加热到极高的温度,从而发出强烈辐射。黑洞通过吸积方式吞噬周围物质,这是它的成长方式之一。
一般认为,超大质量黑洞主要有几种可能的来源:一是宇宙早期的巨型分子云直接坍缩成约十万倍太阳质量的种子黑洞;二是宇宙第一代超大质量恒星死亡后坍缩成约10~100个太阳质量的种子黑洞。随着种子黑洞不断吸积以及两个种子黑洞的并合,最终成长为超大质量黑洞。
超大质量黑洞平均密度可以很低,甚至比空气密度还要低。这是因为史瓦西半径与其质量成正比,而密度则与体积成反比。由于球体(如非旋转黑洞的事件视界)体积是与半径立方成正比,而质量差不多以直线增长,体积增长率则会更大。故此,密度会随黑洞半径增长而减少。
2023年5月24日,美国的詹姆斯·韦布空间望远镜(Jas Webb Space Telespe,简称JWST)和钱德拉X射线天文台(dra X-ray Observatory)认证了迄今观测的最遥远的黑洞,距地球约132亿光年,质量约太阳的1000万~1亿倍,与它所在宿主星系的所有恒星质量之和相当。而近邻宇宙的超大质量黑洞一般仅占其宿主星系质量的0.1%。它位于UHZ1星系的中心,由于Abell 2744星系团夹在它与地球之间,通过引力透镜放大了UHZ1星系发出的红外线及黑洞周围气体发出的X射线,才能被我们观测到。
这一超大质量黑洞在宇宙大爆炸后仅仅4.7亿年就形成了,如果是第一代恒星坍缩形成的黑洞,其年龄不足以成长为如此巨大的黑洞,因此倾向于证明宇宙第一代黑洞来源于气体云的直接坍缩。该成果已发表到《自然·天文学》杂志上。
目前人类直接观测的最大质量黑洞是TON 618。这个庞然大物拥有大约660亿个太阳质量。它所形成的阴影区域(进入该区域的光线被严重偏折,大小约2倍事件视界),光需要几周才能走完。
20世纪90年代以来,天文学家陆续在遥远星系中发现了一批X射线光度极高的天体,它们可能是人们一直寻找的中等质量黑洞,也可能是具有特殊辐射机制的几个或几十个太阳质量的恒星级黑洞。国际天文和天体物理界对此一直难以定论。中等质量黑洞介于恒星级黑洞和超大质量黑洞之间,质量为太阳的100到100万倍。[MOU2] 由于这类天体距离我们十分遥远,通常为几千万光年,同时X射线照射黑洞吸积盘而产生的光污染也非常强,因此测量极其困难。
2020年11月,激光干涉仪引力波天文台-室女座引力波探测器(LIGo)合作组宣布,他们首次探测到了一个中等质量的黑洞产生的引力波。这项由超过1500名研究人员参与的引力波探测研究显示,约70亿年前,质量分别为太阳的66倍和85倍的两个黑洞,在发生激烈碰撞后,形成了一个新的中等质量黑洞。这也是人类迄今探测到的首个中等质量黑洞。此次探测到的中等质量黑洞其质量是太阳的142倍。
2019年11月28日凌晨,国际科学期刊《自然》发布了华夏科学院国家天文台团队的一项重大发现。依托自主研制的国家重大科技基础设施郭守敬望远镜(LAMOST),研究团队发现了一颗迄今为止质量最大的恒星级黑洞,并提供了一种利用LAMOST巡天优势寻找黑洞的新方法。这颗70倍太阳质量的黑洞超过了理论预言的恒星质量黑洞的质量上限 ,颠覆了人们对恒星级黑洞形成的认知,有望推动恒星演化和黑洞形成理论的革新。
2020年4月29日,《自然》杂志的一篇文章质疑其没有黑洞质量大于50倍太阳质量的确凿证据。随后,发现该黑洞的团队回复称:观测数据仍然倾向于该黑洞拥有23~65倍太阳质量。