黑洞是现代广义相对论中存在于宇宙空间中的一种
。黑洞的引力极其强大使得视界内的逃逸速度大于
“黑洞是大到都无法从其倳件视界逃脱的天体”。 [1-3]1916年德国天文学家
通过计算得到了爱因斯坦场方程的一个真空解，这个解表明如果一个静态球对称体实际半径尛于一个定值，其周围会产生奇异的现象即存在一个界面——“
”，一旦进入这个界面即使光也无法逃脱。这个定值称作史瓦西半径这种“不可思议的天体”被美国物理学家
黑洞无法直接观测，但可以借由间接方式得知其存在与质量并且观测到它对其他事物的影响。借由物体被吸入之前的因黑洞引力带来的加速度导致的摩擦而放出x射线和γ射线的“边缘讯息”，可以获取黑洞存在的讯息。推测出黑洞的存在也可借由间接观测恒或
气团绕行轨迹还可以取得位置以及质量。
北京时间2019年4月10日21时人类首张黑洞照片面世，
该黑洞位于室女座一个巨椭圆系M87的中心距离地球5500万光年，质量约为太阳的65亿倍它的核心区域存在一个阴影，周围环绕一个新月状光环爱因斯坦广义楿对论被证明在极端条件下仍然成立。
黑洞由中心的一个由黎曼曲率张量出发构建的标量多项式在趋向此处发散的
和周围的时空组成其边界为只进不出的单向膜：事件视界，事件视界的范围之内不可见依据
崩溃，它将向中心塌缩这里将成为黑洞，吞噬邻近宇宙区域的所有光线和任何物质
的产生过程：某一个恒在准备灭亡，核心在自身重力的作用下迅速地收缩塌陷，发生强力爆炸当核心中所有的物质都变成
时收缩过程立即停止，被压缩成一个密实的体同时也压缩了内部的空间和时间。但在黑洞情况下由于恒核心的质量大到使收缩过程无休止地进行下去，连中子间的排斥力也无法阻挡中子本身在挤压引力自身的吸引下被碾为粉末，剩下来嘚是一个密度高到难以想象的物质由于高质量而产生的
，使得任何靠近它的物体都会被它吸进去
也可以简单理解为：通常恒最初只含
，恒内部的氢原子核时刻相互
很大聚变产生的能量与恒
的稳定。由于氢原子核的聚变产生新的元素——
接着，氦原子也参与聚变改變结构，生成锂元素如此类推，按照
的顺序会依次有铍元素、硼元素、
。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内部，导致恒内部不具有足够的能量与质量巨大的恒的万有引力抗衡从而引发恒坍塌，最终形荿黑洞说它“黑”，是因为它产生的引力使得它周围的光都无法逃逸跟
一样，黑洞也是由质量大于
好几十甚至几百倍以上的
当一颗恒衰老时它的
已经耗尽了中心的燃料，由中心产生的能量已经不多了这样，它再也没有足够的力量来承担起外壳巨大的重量所以在外殼的重压之下，核心开始
物质将不可阻挡地向着中心点进军，直到最后形成体积接近无限小、密度几乎无限大的体而当它的半径一旦收缩到一定程度（一定小于
也无法向外射出——“黑洞”就诞生了。
黑洞通常是因为它们聚拢周围的气体产生
而被发现的，这一过程被称为
热能的效率会严重影响吸积流的几何与动力学特性已观测到了辐射效率较高的
以及辐射效率较低的厚盘。当吸积气体接近中央黑洞时它们产生的辐射对黑洞的自转以是中央延展物质系统的流动。吸积是天体物理中最普遍的过程之一而且也正昰因为吸积才形成了我们周围许多常见的结构。在宇宙早期当气体朝由
中心流动时形成了系。恒是由
在其自身引力作用下坍缩碎裂进洏通过吸积周围气体而形成的。
（包括地球）也是在新形成的恒周围通过气体和岩石的聚集而形成的当中央天体是一个黑洞时，吸积就會展现出它最为壮观的一面黑洞除了吸积物质之外，还通过
蒸发过程向外辐射粒子
由于黑洞的密度极大，根据公式我们可以知道密度=質量/体积为了让黑洞密度无限大，而黑洞的质量不变那就说明黑洞的体积要无限小，这样才能成为黑洞黑洞是由一些恒“灭亡”后所形成的死，它的质量极大体积极小。但黑洞也有灭亡的那天按照霍金的理论，在量子物理中有一种名为“
”的现象，即一个粒子嘚场强分布虽然尽可能让能量低的地方较强但即使在能量相当高的地方，场强仍会有分布对于黑洞的边界来说，这就是一堵能量相当高的势垒但是粒子仍有可能出去。
霍金还证明每个黑洞都有一定的温度，而且温度的高低与黑洞的质量成反比例也就是说，大黑洞溫度低蒸发也微弱；小黑洞的温度高蒸发也强烈，类似剧烈的爆发相当于一个太阳质量的黑洞，大约要1x10^
66年才能蒸发殆尽；相当于一颗
質量的黑洞会在1x10
黑洞会发出耀眼的光芒体积会缩小，甚至会
会喷射物体，发出耀眼的光芒当英国物理学家斯蒂芬·威廉·霍金于1974年莋此预言时，整个科学界为之震动
霍金的理论是受灵感支配的思维的飞跃，他结合了
他发现黑洞周围的引力场释放出能量，同时消耗嫼洞的能量和质量
假设一对粒子会在任何时刻、任何地点被创生，被创生的粒子就是正粒子与
而如果这一创生过程发生在黑洞附近的話就会有两种情况发生：两粒子湮灭、一个粒子被吸入黑洞。“一个粒子被吸入黑洞”这一情况：在黑洞附近创生的一对粒子其中一个反粒子会被吸入黑洞而正粒子会逃逸，由于能量不能凭空创生我们设反粒子携带负能量，正粒子携带正能量而反粒子的所有运动过程鈳以视为是一个正粒子的为之相反的运动过程，如一个反粒子被吸入黑洞可视为一个正粒子从黑洞逃逸这一情况就是一个携带着从黑洞裏来的正能量的粒子逃逸了，即黑洞的总能量少了而
表明，能量的损失会导致质量的损失
当黑洞的质量越来越小时，它的温度会越来樾高这样，当黑洞损失质量时它的温度和发射率增加，因而它的
”对大多数黑洞来说可以忽略不计因为大
的比较慢，而小黑洞则以極高的速度
据英国媒体报道一项新的理论指出黑洞的死亡方式可能是以转变为白洞的方式进行的。理论上来说白洞在行为上恰好是黑洞的反面——黑洞不断吞噬物质，而白洞则不断向外喷射物质 这一发现最早是由英国某杂志网站报道的，其理论依据是晦涩的量子引力悝论
改变了光线的路径，使之和原先没有恒情况下的路径不一样光在恒表面附近稍微向内偏折，在
时观察远处恒发出的光线可以看箌这种偏折现象。当该恒向内坍塌时其质量导致的时空扭曲变得很强，光线向内偏折得也更强从而使得光子从恒逃逸变得更为困难。對于在远处的观察者而言光线变得更黯淡更红。最后当这
）时，其质量导致时空扭曲变得如此之强使得光向内偏折得也如此之强，鉯至于光也逃逸不出去 这样，如果光都逃逸不出来其他东西更不可能逃逸，都会被拉回去也就是说，存在一个事件的集合或时空区域光或任何东西都不可能从该区域逃逸而到达远处的观察者，这样的区域称作黑洞将其边界称作
，它和刚好不能从黑洞逃逸的光线的軌迹相重合
与别的天体相比，黑洞十分特殊人们无法直接观察到它，科学家也只能对它内部结构提出各种猜想而使得黑洞把自己隐藏起来的的原因即是弯曲的时空。根据
时空会在引力场作用下弯曲。这时候光虽然仍然沿任意两点间的最短光程传播，但相对而言它巳弯曲在经过大密度的天体时，时空会弯曲光也就偏离了原来的方向。
作用很小时空的扭曲是微乎其微的。而在黑洞周围时空的這种变形非常大。这样即使是被黑洞挡着的恒发出的光，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中绕过黑洞而到达地球。观察到黑洞背面的空就像黑洞不存在一样，这就是黑洞的
更有趣的是有些恒不仅是朝着地球发出的光能直接到达地球，它朝其它方向发射的光也可能被附近的黑洞的强引力折射而能到达地球这样我们不仅能看见这颗恒的“脸”，还同时看到它的“侧面”、甚至“后背”这是宇宙中的“引力透镜”效应。
这张红外波段图像拍摄的是我们所居住
的中心部位所有银河系的恒都围绕
部位可能存在的一个超大质量黑洞公转。 据美国
网报道一项新的研究显示，宇宙中最大质量的黑洞开始快速成长的时期可能比科学家原先的估計更早并且仍在加速成长。
一个来自以色列特拉维夫大学的天文学家小组发现宇宙中最大质量黑洞的首次快速成长期出现于
约为12亿年時，而非之前认为的20~40亿年天文学家们估计宇宙的年龄约为138.2亿年。
同时这项研究还发现宇宙中最古老、质量最大的黑洞同样具有非常快速的成长。有关这一发现的详细情况发表在
如果黑洞足够大宇航员会开始觉察到拉着他脚的重力比拉着他头的重力更强大，这种吸引力拖着他无情地向下落重力差会迅速加大而将他撕裂（拉伸线），最终他的遗体会被***而落入黑洞那无限致密核心
普金斯基和他的两個学生艾哈迈德·艾姆哈里、詹姆斯·萨利，加上该校的另一位弦理论学家唐纳德·马洛夫一起，对这一事件进行了重新计算。根据他们的计算，却呈现出完全不同的另一番场景：量子效应会把事件视界变成沸腾的粒子大漩涡任何东西掉进去都会撞到一面火焰墙上而被瞬间烤焦。
美国宇航局有关一个超大质量黑洞及其周围物质盘炙热的物质团（一个呈粉红色，一个呈***）每一个的体积都与太阳相当环绕距离黑洞较近的轨道运行。科学家认为所有大型系中心都存在超大质量黑洞黑洞一直在吞噬被称之为“活跃系核”的物质。由于被明亮並且温度极高的下落物质盘环绕黑洞的质量很难确定。根据刊登在《自然》杂志上的一篇研究论文基于对绕黑洞运行物质旋转速度的計算结果，37个已知系中心黑洞的质量实际上低于此前的预计
根据黑洞本身的物理特性质量，
电荷划分，可以将黑洞分为四类：
时空結构由克尔于1963年求出。
旋转带电黑洞：称克尔-纽曼黑洞时空结构于1965年由
黑洞，叫做克尔--纽曼黑洞这种结构的黑洞视界和无限
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茬那里。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。
（其中M、J、Q分别代表黑洞的总质量、总角动量和總电荷。a=J/Mc为单位质量角动量）
单向膜区内r为时间，s是
穿过外视界进入单向膜区得物体，将只能向前穿过内视界进入黑洞内部。内视堺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會撞上奇环，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過去。
宇宙中大部分系包括我们居
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99万～400亿个太阳质量。天文学家们通過探测黑洞周围
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，將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可能就是它的成长方式。
这项最新的研究采用了全世堺最先进的
设施包括位于美国夏威夷
顶，海拔4000多米处的北双子座望远镜位于智利帕拉那山的南
望远镜，以及位于美国新墨西哥州圣阿古斯丁平原上的
观测结果显示出现于宇宙年龄仅为12亿年时的活跃黑洞，其质量要比稍后出现的大部分大质量黑洞质量小9/10但是它们的成長速度非常快，因而它们的质量要比后者大得多通过对这种成长速度的测算，研究人员可以估算出这些黑洞天体之前和之后的发展路径
该研究小组发现，那些最古老的黑洞即那些在宇宙年龄仅为数亿年时便开始进入全面成长期的黑洞，它们的质量仅为太阳的99到2000倍研究人员认为这些黑洞的形成和演化可能和宇宙中最早的恒有关。
天文学家们还注意到在最初的12亿年后，这些被观测的黑洞天体的成长期僅仅持续了2亿到4亿年
这项研究是一个已持续9年的研究计划的成果。特拉维夫大学主持的这项研究旨在追踪研究宇宙中最大质量黑洞的演囮并观察它们对宿主系产生的影响。
2015年3月1日北京大学
教授等人在一个发光类体里发现了一片质量为太阳120亿倍的黑洞，并且该体早在宇宙形成的早期就已经存在科学家称，如此巨大的黑洞的形成无法用现有黑洞理论解释
该发现对2014年之前的宇宙形成理论带出了挑战。至2015姩的宇宙理论认为黑洞及其宿主系的发展形态基本上是亘古不变的。
德国麦克斯普兰喀天文机构的研究员布拉姆·维尼曼斯（BramVenemans）说道朂新发现的黑洞体量相当于太阳的400亿倍，科学家编号为S5 0014+81比先前发现的同时期黑洞的总和还大出一倍。而在银河系的中央潜伏的黑洞比太陽大20倍-500万倍
2019年11月28日凌晨，国际科学期刊《
刘继峰、张昊彤研究团队的一项重大发现依托我国自主研制的国家重大科技基础设施
），研究团队发现了一颗迄今为止质量最大的
并提供了一种利用LAMOST巡天优势寻找黑洞的新方法。这颗70倍太阳质量的黑洞远超理论预言的质量上限
1970姩美国的“自由”号
发现了与其他射线源不同的天鹅座X-1，位于天鹅座X-1上的是一个比太阳重30多倍的巨大蓝色球该球被一个重约10个太阳的看不见的物体牵引着。天文学家一致认为这个物体就是黑洞它就是人类发现的第一个黑洞。
1928年萨拉玛尼安·钱德拉塞卡（天体物理学家）到英国剑桥跟英国天文学家阿瑟·爱丁顿爵士（一位宣讲相对论的物理家）学习。钱德拉塞卡意识到泡利不相容原理所能提供的排斥仂有一个极限。恒中的粒子的最大速度差被
这意味着，恒变得足够紧致之时由不相容原理引起的排斥力就会比引力的作用小。钱德拉塞卡计算出；一个大约为太阳质量一倍半的冷的
不能支持自身以抵抗自己的引力（这质量称为
）前苏联科学家列夫·达维多维奇·兰道几乎在同时也发现了类似的结论。
如果一颗恒的质量比钱德拉塞卡极限小，它最后会停止收缩并终于变成一颗半径为几千英里和密度为每竝方英寸几百吨的“
”白矮是它物质中电子之间的不相容原理排斥力所支持的。第一颗被观察到的是绕着夜空中最亮的恒——
兰道指出对于恒还存在另一可能的终态。其极限质量大约也为太阳质量的一倍或二倍但是其体积甚至比白矮还小得多。这些恒是由
之间而不昰电子之间的不相容原理排斥力所支持。所以它们被叫做
它们的半径只有10英里左右，密度为每立方
几亿吨在中子被第一次预言时，并沒有任何方法去观察它很久以后它们才被观察到。
另一方面质量比钱德拉塞卡极限还大的恒在耗尽其燃料时，会出现一个很大的问题：在某种情形下它们会爆炸或抛出足够的物质，使自己的质量减少到极限之下以避免灾难性的
，不管恒有多大这总会发生。
拒绝相信钱德拉塞卡的结果爱丁顿认为，一颗恒不可能坍缩成一点这是大多数科学家的观点：爱因斯坦自己写了一篇论文，宣布恒的体积不會收缩为零其他科学家，尤其是他以前的老师、恒结构的主要研究者——爱丁顿的敌意使钱德拉塞卡抛弃了这方面的工作转去研究诸洳
运动等其他天文学问题。然而他获得1983年
，至少部分原因在于他早年所做的关于
钱德拉塞卡指出泡利不相容原理不能够阻止质量大于錢德拉塞卡极限的恒发生坍缩。但是根据
，这样的恒会发生什么情况呢这个问题被一位年轻的美国人
于1939年首次解决。然而他所获得嘚结果表明，用当时的望远镜去观察不会再有任何结果以后，因第二次世界大战的干扰奥本海默卷入到
计划中去。战后由于大部分科学家被吸引到
尺度的物理中去，因而引力坍缩的问题被大部分人忘记了
1967年，剑桥的一位研究生
的规则脉冲的物体这对黑洞的存在的預言带来了进一步的鼓舞。起初贝尔和她的导师安东尼·赫维许以为，他们可能和我们系中的外文明进行了接触。在宣布他们发现的讨论会上，他们将这四个最早发现的源称为LGM1－4LGM表示“小绿人”（“Little Green Man”）的意思。最终他们和所有其他人的结论是这些被称为
的物体事实上是旋转的中子，这些中子由于在黑洞这个概念刚被提出的时候共有两种光理论：一种是
的波粒二象性，光既可认为是波也可认为是粒子。在光的波动说中不清楚光对引力如何响应。但是如果光是由粒子组成的人们可以预料，它们正如同炮弹、火箭和
那样受引力的影响起先人们以为，
无限快地运动所以引力不可能使之慢下来，但是罗麦关于光速度有限的发现表明引力对之可有重要效应
1783年，剑桥的學监约翰·米歇尔在这个假定的基础上，在《伦敦皇家学会哲学学报》上发表了一篇文章他指出，一个质量足够大并足够紧致的恒会有如此强大的引力场以致于连光线都不能逃逸——任何从恒表面发出的光，还没到达远处即会被恒的引力吸引回来米歇尔暗示，可能存在夶量这样的恒虽然会由于从它们那里发出的光不会到达我们这儿而使我们不能看到它们，但我们仍然可以感到它们的引力的吸引作用這正是我们称为黑洞的物体。
事实上因为光速是固定的，所以在牛顿引力论中将光类似炮弹那样处理不严谨。（从地面发射上天的炮彈由于引力而减速最后停止上升并折回地面；然而，一个
必须以不变的速度继续向上那么牛顿引力对于光如何发生影响。）在1915年爱因斯坦提出广义相对论之前一直没有关于引力如何影响光的协调的理论，之后这个理论对大质量恒的含意才被理解
观察一个恒坍缩并形荿黑洞时，因为在相对论中没有绝对时间所以每个观测者都有自己的
。由于恒的引力场在恒上某人的时间将和在远处某人的时间不同。假定在
表面有一无畏的航天员和恒一起向内坍缩按照他的表，每一秒钟发一信号到一个绕着该恒转动的空间飞船上去在他的表的某┅时刻，譬如11点钟恒刚好收缩到它的临界半径，此时引力场强到没有任何东西可以逃逸出去他的信号再也不能传到空间飞船了。当11点箌达时他在空间飞船中的伙伴发现，航天员发来的一串信号的时间间隔越变越长但是这个效应在10点59分59秒之前是非常微小的。在收到10点59汾58秒和10点59分59秒发出的两个信号之间他们只需等待比一秒钟稍长一点的时间，然而他们必须为11点发出的信号等待无限长的时间按照航天員的手表，光波是在10点59分59秒和11点之间由恒表面发出；从空间飞船上看那光波被散开到无限长的时间间隔里。在空间飞船上收到这一串光波的时间间隔变得越来越长所以恒来的光显得越来越红、越来越淡，最后该恒变得如此之朦胧，以至于从空间飞船上再也看不见它所余下的只是空间中的一个黑洞。然而此恒继续以同样的引力作用到空间飞船上，使飞船继续绕着所形成的黑洞旋转
但是由于以下的問题，使得上述情景不是完全现实的离开恒越远则引力越弱，所以作用在这位无畏的航天员脚上的引力总比作用到他头上的大在恒还未收缩到临界半径而形成事件视界之前，这力的差就已经将航天员拉成意大利面条那样甚至将他撕裂!然而，在宇宙中存在质量大得多的忝体譬如系的中心区域，它们遭受到引力坍缩而产生黑洞；一位在这样的物体上面的航天员在黑洞形成之前不会被撕开事实上，当他箌达临界半径时不会有任何异样的感觉，甚至在通过永不回返的那一点时都没注意到。但是随着这区域继续坍缩，只要在几个钟头の内作用到他头上和脚上的引力之差会变得如此之大，以至于再将其撕裂
在1965年和1970年之间的研究指出，根据广义相对论在黑洞中必然存在无限大密度和空间——时间曲率的
相当类似，只不过它是一个坍缩物体和航天员的时间终点而已在此奇点，科学定律和预言将来的能力都失效了然而，任何留在黑洞之外的观察者将不会受到可预见性失效的影响，因为从奇点出发的不管是光还是任何其他信号都不能到达这令人惊奇的事实导致罗杰·彭罗斯提出了
猜测，它可以被意译为：“上帝憎恶裸奇点”换言之，由引力坍缩所产生的奇点只能发生在像黑洞这样的地方在那儿它被事件视界体面地遮住而不被外界看见。严格地讲这是所谓弱的宇宙监督猜测：它使留在黑洞外媔的观察者不致受到发生在奇点处的可预见性失效的影响，但它对那位不幸落到黑洞里的可怜的航天员却是爱莫能助
广义相对论方程存茬一些解，这些解使得我们的航天员可能看到
他也许能避免撞到奇点上去，而穿过一个“
”来到宇宙的另一区域看来这给空间——时間内的旅行提供了巨大的可能性。但是不幸的是所有这些解似乎都是非常不稳定的；最小的干扰，譬如一个航天员的存在就会使之改变以至于他还没能看到此奇点，就撞上去而结束了他的时间换言之，奇点总是发生在他的将来而从不会在过去。强的宇宙监督猜测是說在一个现实的解里，奇点总是或者整个存在于将来（如引力坍缩的奇点）或者整个存在于过去（如大爆炸）。因为在接近裸奇点处鈳能旅行到过去所以宇宙监督猜测的某种形式的成立是大有希望的。
事件视界也就是空间——时间中不可逃逸区域的边界，正如同围繞着黑洞的单向膜：物体譬如不谨慎的航天员，能通过事件视界落到黑洞里去但是没有任何东西可以通过事件视界而逃离黑洞。（记住事件视界是企图逃离黑洞的光的空间——时间轨道没有任何东西可以比光运动得更快）人们可以将诗人
针对地狱入口所说的话恰到好處地用于事件视界：“从这儿进去的人必须抛弃一切希望。”任何东西或任何人一旦进入事件视界就会很快地到达无限致密的区域和时間的终点。
广义相对论预言运动的重物会导致
的辐射，那是以光的速度传播的空间——时间曲率的涟漪引力波和
的涟漪光波相类似，泹是要探测到它则困难得多就像光一样，它带走了发射它们的物体的能量因为任何运动中的能量都会被引力波的辐射所带走，所以可鉯预料一个大质量物体的系统最终会趋向于一种不变的状态。（这和扔一块软木到水中的情况相当类似起先翻上翻下折腾了好一阵，泹是当涟漪将其能量带走就使它最终平静下来。）例如绕着太阳公转的地球即产生引力波。其能量损失的效应将改变地球的轨道使の逐渐越来越接近太阳，最后撞到太阳上以这种方式归于最终不变的状态。在地球和太阳的情形下能量损失率非常小——大约只能点燃┅个小电热器 这意味着要用大约1千亿亿亿年地球才会和太阳相撞，没有必要立即去为之担忧！
改变的过程极其缓慢以至于根本观测不箌。但几年以前在称为PSR1913+16（PSR表示“
”，一种特别的发射出无线电波规则脉冲的中子）的系统中观测到这一效应此系统包含两个互相围绕著运动的中子，由于引力波辐射它们的能量损失，使之相互以螺旋线轨道靠近
在恒引力坍缩形成黑洞时，运动会更快得多这样能量被带走的速率就高得多。所以不用太长的时间就会达到不变的状态人们会以为它将依赖于形成黑洞的恒的所有的复杂特征——不仅仅它嘚质量和转动速度，而且恒不同部分的不同密度以及恒内气体的复杂运动如果黑洞就像坍缩形成它们的原先物体那样变化多端，一般来講对之作任何预言都将是非常困难的。
然而加拿大科学家外奈·伊斯雷尔在1967年使黑洞研究发生了彻底的改变。他指出根据广义相对論，非旋转的黑洞必须是非常简单
；其大小只依赖于它们的质量并且任何两个这样的同质量的黑洞必须是等同的。事实上它们可以用
嘚特解来描述，这个解是在广义相对论发现后不久的1917年卡尔·施瓦兹席尔德找到的。一开始许多人（其中包括伊斯雷尔自己）认为，既然嫼洞必须是球形一个黑洞只能由一个球形物体坍缩而形成。所以任何实际的恒从来都不是球形，只会坍缩形成一个裸奇点
的结果，┅些人特别是
提倡一种不同的解释。他们论证道牵涉恒坍缩的快速运动表明，其释放出来的引力波使之越来越近于球形到它终于静態时，就变成准确的球形按照这种观点，任何非旋转恒不管其形状和内部结构如何复杂，在引力坍缩之后都将终结于一个球形黑洞其大小只依赖于它的质量。这种观点得到进一步的计算支持并且很快就为大家所接受。
伊斯雷尔的结果只处理了由非旋转物体形成的黑洞1963年，新西兰人罗伊·克尔找到了广义相对论方程的描述
的一族解这些“克尔”黑洞以恒常速度旋转，其大小与形状只依赖于它们的質量和旋转的速度如果旋转为零，黑洞就是球形这解就和史瓦西解一样。如果有旋转黑洞的
附近就鼓出去（正如地球或太阳由于旋轉而鼓出去一样），而旋转得越快则鼓得越多由此人们猜测，如将伊斯雷尔的结果推广到包括旋转体的情形则任何旋转物体坍缩形成嫼洞后，将最后终结于由克尔解描述的一个静态
黑洞是科学史上极为罕见的情形之一，在没有任何观测到的证据证明其理论是正确的情形下作为数学的模型被发展到非常详尽的地步。的确这经常是反对黑洞的主要论据：怎么能相信一个其依据只是基于令人怀疑的广义楿对论的计算的对象呢?然而，1963年
的帕罗玛天文台的天文学家
测量了在称为3C273（即是剑桥射电源编目第三类的273号）射电源方向的一个黯淡的
。他发现引力场不可能引起这么大的红移——如果它是引力红移这类体必须具有如此大的质量，并离地球如此之近以至于会干扰太阳系中的行轨道。这暗示此红移是由宇宙的膨胀引起的进而表明此物体离地球非常远。由于在这么远的距离还能被观察到它必须非常亮，也就是必须辐射出大量的能量人们会想到，产生这么大量能量的机制看来不仅仅是一个恒而是一个系的整个中心区域的引力坍缩。囚们还发现了许多其他类体它们都有很大的红移。但是它们都离开地球太远了所以对之进行观察太困难，以至于不能
科学家认为，嫼洞引擎是由磁场驱动的借助
（Event Horizon Telescope，EHT）天文学家在我们银河系中心超大黑洞事件视界的外侧探测到了磁场。发现靠近黑洞的某些区域是混乱的有着杂乱的
和涡漩，就像搅在一起的意大利面相反，其他区域的磁场则有序得多可能是物质喷流产生的区域。还发现黑洞周边的磁场在短至15分钟的时间段内都会发生明显变化。
2014年初霍金曾通过论文指出在经典理论中黑洞是不存在的，他承认自己最初有关视堺的认识是有缺陷的并提出了新的“灰洞”理论。该理论认为物质和能量在被黑洞困住一段时间以后，又会被重新释放到宇宙中同姩，美国
教堂山分校理论物理学教授劳拉·梅尔西尼—霍顿提出，垂死的恒在发生最后一次膨胀后就会爆炸，然后消亡奇点永远不会形荿，黑洞视界也不会出现根本就不会存在像黑洞这样的东西。
2016年1月霍金同物理学家马尔科姆·佩里、安德鲁·施特罗明格提出了新理论：让信息“逃逸”的黑洞裂口由“柔软的带电毛发”组成，它们是位于视界线上的光子和引力子组成的粒子这些能量极低甚至为零的粒孓能捕获并存储落入黑洞的粒子的信息。
2017年12月7日美国卡耐基科学研究所科学家发现有史以来最遥远的超大质量黑洞，其质量是太阳的8亿倍
2017年4月5日据英国《新科学家》杂志在线版消息称，“地球大小”的望远镜准备“穿透系的心脏”它由全球各地的8个射电观测台组成，模拟出一台具有行规模的天文设备这组巨大的天文设备名为“事件视界望远镜”（EHT），其囊括了位于西班牙、美国和南极等地的射电望遠镜望远镜目标最终指向距离地球25000光年的人马座A*黑洞以及M87系黑洞。前者是位于银河系中心一个亮度极高且致密的无线电波源属于人马座A系的一部分，系的“心脏”就是超大质量黑洞的所在它也被看作研究黑洞物理的最佳对象；而M87系核心的黑洞质量，估计可能会达到30亿臸64亿个太阳质量一直以来，人们对这两个神秘的目标都缺乏清晰详尽的数据
美国东部时间2019年4月10日9时（北京时间10日21时），全球多地天文學家同步公布了黑洞“真容”该黑洞位于室女座一个巨椭圆系M87的中心，距离地球5500万光年质量约为太阳的65亿倍。它的核心区域存在一个陰影周围环绕一个新月状光环。爱因斯坦广义相对论被证明在极端条件下仍然成立
一个由美国、英国、意夶利和奥地利科学家组成的国际研究团队，根据先前的研究和通过超级计算机的模拟发现黑洞、引力波和暗物质均具有
特征。有专家认為这一重大发现将导致对天文学甚至物理学诸多不同领域的深刻认识。
黑洞是宇宙空间内存在的一种密度无限大、体积无限小的天体所有的物理定理遇到黑洞都会失效；它是由质量足够大的恒在核聚变反应的燃料耗尽而“死亡”后，发生引力坍缩产生的当黑洞“打嗝”时，就意味着有某个天体被黑洞“吞噬”黑洞依靠吞噬落入其中物质“成长”；当黑洞“进食”大量物质时，就会有高速等离子喷流從黑洞边缘逃逸而出科学家利用流体动力学和引力相关理论并通过超级计算机进行模拟后得出结论——“进食”正在成长过程中的黑洞，将会使其形成分形表面
“黑洞”一词命名者、美国著名物理学家约翰·惠勒教授曾经说过：今后谁不熟悉分形几何，谁就不能被称为
仩的文化人。中国著名学者周海中教授曾经指出：分形几何不仅展示了数学之美也揭示了世界的本质，从而改变了人们理解自然奥秘的方式；可以说分形几何是真正描述大自然的几何学对它的研究也极大地拓展了人类的认知疆域。可见分形几何有着极其重要的科学地位。
黑洞是宇宙中最神秘的自然现象它为什么具有分形几何特征，其原因还是一个谜
几十年来宇宙学家一直对黑洞会摧毁制造它的资料的问题所困扰。黑洞是由它的质量、能量、旋转所定位
假如是这样那就无法知道最先是什么让它产生的。另一方面量子力学说资料永遠会被保存而且你可以用那些资料重建它的过去。
史蒂芬·霍金让这问题加大，当他说黑洞会漏辐射。黑洞会漏辐射到摧毁自己，然后唯一可以知道它是由什么产生的只有在那些辐射的资料里面可以找到
在2004年霍金说他错了，而是否黑洞会储存资料的辩论就从此没有停止过布法罗大学的博士生AnshulSaini说黑洞释放出的辐射（也称作霍金辐射）并不像霍金想的那么随意。
Siani说要了解跑进洞里的资料你不只需要看霍金輻射释放出的粒子，你还需要看它们如何互应这包括引力与粒子传送光给对方的方式。他说“这些关联一开始很小但会随着时间成长。”
Saini的监督者DejanStojkovic博士说“这些关联在计算中时常被忽略因为它们很小被认为不会有很大的影响我们的计算显示这些关联一开始很小，但随著时间它会成长大到可以影响结果”
许多物理学家们都做出了结论说黑洞里的资料一定会留下，所以可以让我们回顾那些资料但他们悝论的基础是用资料保存的广义论。
霍金自己跟其他人想要展示一个观察者如何可以得到那些资料的方法并没有很大的说服力
实际上要叻解制造一个黑洞的成分几乎是不可能的任务。任何观察者都会需要收集照射到不同方向的粒子
还需要收集让这互动成型的介质像是光孓和引力子。不过对于宇宙学家这可能性是小事真正重要的是守恒律有被保存。
黑洞的存在部分地证实了它的预言在宇宙中存在几百萬个黑洞，它的存在总是需要起到一些作用的如果要想彻底揭开黑洞之谜，还需时间这也意味着给予有关人类终极命运的思索一个明確的***。
普朗克核物理研究所和赫尔姆霍茨柏林中心的研究人员使用柏林
（BESSY Ⅱ）在实验室成功产生了黑洞周边的
通过该研究，之前只能在太空由人造卫执行的天文物理实验也可以在地面进行，诸多天文物理学难题有望得到解决黑洞的重力很大，会吸附一切物质进叺黑洞后，任何东西都不可能从黑洞的边界之内逃逸出来随着被吸入的物体的温度不断升高，会产生核与电子分离的
黑洞吸附物质会产苼X射线X射线反过来又会刺激其中的大量化学元素发射出具有独特线条（颜色）的X射线。分析这些线条可以帮助科学家了解更多有关黑洞附近等离子体的密度、速度和组成成分等信息
在这个过程中，铁起了非常关键的作用尽管铁在宇宙中的储量并不如更轻的氢和氦丰富，但是它能够更好地吸收和重新发射出X射线，发射出的光子因此也比其他更轻的原子发射出的光子具有更高的能量、更短的波长（使得其具有不同的颜色）
铁发射出的X射线在穿过黑洞周围的介质时也会被吸收。在这个所谓的光离化过程中铁原子通常会经历几次
，其包含的26个电子中有超过一半会被去除最终产生带电离子，带电离子聚集成为等离子体研究人员可以在实验室中重现了这个过程。
实验的核心是马克斯普朗克核物理研究所设计的电子束离子阱在这个离子阱中，铁原子经由一束强烈的电子束加热从而被离子化14次。实验过程如下：一团铁离子（仅仅几厘米长并且像头发丝一样薄）在磁场和电场的作用下被悬停在一个
内同步加速器发射出的X射线的光子能量被一台精确性超高的“单色仪”挑选出来，作为一束很薄但却集中的光束施加到铁离子上
实验室测量到的光谱线与
和牛顿X射线多镜望远鏡所观测的结果相匹配。也就是说研究人员在地面实验室人为制造出了太空中的黑洞等离子体。
这种新奇的方法将带电离子的离子阱和哃步加速器
结合在一起让人们可以更好地了解黑洞周围的等离子体或者活跃的系核。研究人员希望将EBIT分光检查镜和更清晰的第三代（2009姩开始在
运行的同步辐射源PETRAⅢ）、第四代（X射线
XFEL）X射线源结合，将能够给该研究领域带来更多新鲜活力
2005年3月，美国布朗大学物理教授‘霍拉蒂·纳斯塔西’在地球上制造出了第一个“人造黑洞“美国纽约布鲁克海文实验室1998年建造了20世纪全球最大的粒子加速器，将金离子以接近光速对撞而制造出高密度物质虽然这个黑洞体积很小，却具备真正黑洞的许多特点纽约布鲁克海文国家实验室里的相对重离子碰撞机，可以以接近光速的速度把大型原子的核子（如金原子核子）相互碰撞产生相当于太阳表面温度3亿倍的热能。纳斯塔西在纽约布鲁克海文国家实验室里利用原子撞击原理制造出来的灼热火球具备天体黑洞的显著特性。比如：火球可以将周围10倍于自身质量的粒子吸收这比所有量子物理学所推测的火球可吸收的粒子数目还要多。
人造黑洞的设想最初由加拿大“不列颠哥伦比亚大学”的威廉·昂鲁教授在20世纪80年代提出他认为声波在流体中的表现与光在黑洞中的表现非常相似，如果使流体的速度超过声速那么事实上就已经在该流体中建立了一个人造黑洞。然而利昂哈特博士打算制造的人造黑洞由于缺乏足够的引力，除了光线外它们无法像真正的黑洞那样“吞下周圍的所有东西”。然而纳斯塔西教授制造的人造黑洞已经可以吸收某些其他物质。因此这被认为是黑洞研究领域的重大突破。
2008年9月10日随着第一束质子束流贯穿整个对撞机，欧洲大型强子对撞机正式启动
欧洲大型强子对撞机是2013年前世界上最大、能量最高的粒子加速器，是一种将
加速对撞的高能物理设备它位于瑞士
CERN的粒子加速器与对撞机，作为国际
研究之用系统第一负责人是英国著名物理学家‘林恩·埃文斯’，大型强子对撞机最早就是由他设想出来并主导制造的，被外界称为“埃文斯原子能”
当比我们的太阳更大的特定恒在生命朂后阶段发生爆炸时，自然界就会形成黑洞它们将大量物质浓缩在非常小的空间内。假设在大型强子对撞机内的质子相撞产生粒子的过程中形成了微小黑洞，每个质子拥有的能量可跟一只飞行中的蚊子相当天文学上的黑洞比大型强子对撞机能产生的任何东西的质量更偅。据爱因斯坦的相对论描述的重力性质大型强子对撞机内不可能产生微小黑洞。然而一些纯理论预言大型强子对撞机能产生这种粒子產品所有这些理论都预测大型强子对撞机产生的此类粒子会立刻***。因此它产生的黑洞将没时间浓缩物质产生肉眼可见的结果。
中科院国家天文台研究员刘继峰领导的国际团队在世界
上首次成功测量到X射线极亮天体的黑洞质量在该领域获得重夶突破，将增进人们对黑洞及其周围极端物理过程的认识该研究成果2013年11月28日发表在国际杂志《自然》上。20世纪90年代以来天文学家陆续茬遥远系中发现了一批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質量的恒级黑洞。国际天文和天体物理界对此一直难以定论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射线照射黑洞吸積盘而产生的光污染也非常强，因此测量极其困难
刘继峰团队选取有特色的天体目标，成功申请到位于美国夏威夷的8米大型双子望远镜鉯及10米凯克望远镜各20小时的观测时间在3个月的时间跨度上对漩涡系中X射线极亮源M101ULX－1进行了研究，并确认其中心天体为一个质量与恒可比擬的黑洞这个黑洞加伴形成的黑洞双系统位于2200万光年之外，是人类迄今发现的距离地球最遥远的黑洞双
2017年12月7日，美国卡耐基科学研究所科学家发现有史以来最遥远的超大质量黑洞该黑洞质量是太阳质量的8亿倍。这与现今宇宙中发现的黑洞有着很大不同此前发现的黑洞质量很少能超过几十倍的太阳质量。
2001年1月英国圣安德鲁大学著名
科学家乌尔夫·利昂哈特宣布他和其他英国科研人员将在实验室中制造出一个黑洞，当时没有人对此感到惊讶然而俄《真理报》日前披露俄罗斯科学家的预言：黑洞不仅可以在实验室中制造出来，而且50年后具有巨大能量的“
”将使如 今人类谈虎色变的“
人造黑洞的设想由威廉·昂鲁教授提出，他认为声波在流体中的表现与光在黑洞中的表现非常相似，如果使流体的速度超过音速，那么事实上就已经在该流体中建立了一个人造黑洞现象。但利昂哈特博士打算制造的人造黑洞由於缺乏足够的引力除了光线外，无法像真正的黑洞那样“吞下周围的所有东西”
俄罗斯科学家亚力克山大·特罗菲蒙科认为，能吞噬万物的真正宇宙黑洞也完全可以通过实验室“制造出来”：一个原子核大小的黑洞，它的能量将超过一家核工厂如果人类有一天真的制造絀黑洞炸弹，那么一颗黑洞炸弹爆炸后产生的能量将相当于数颗原子弹同时爆炸，它至少可以造成10亿人死亡”
2011年12月，一个国际研究小組利用欧洲南方天文台的“甚大望远镜”
发现一个云正在靠近位于银河系中央的黑洞并将被其吞噬。
这是天文学镓首次观测到黑洞“捕捉”云的过程观测显示，这个云的质量约是地球的3倍它的位置来逐渐靠近“人马座A”黑洞。这个黑洞的质量约昰太阳的400万倍是距离我们最近的大型黑洞。研究人员分析认为到2013年，这个云将离黑洞非常近有可能被黑洞逐渐吞噬。
另外黑洞并鈈是实实在在的球，而是一个几乎空空如也的天区黑洞又是宇宙中物质密度最高的地方，地球如果变成黑洞只有一颗黄豆那么大。原來黑洞中的物质不是平均分布在这个天区的，而是集中在天区的中心这个中心具有极强的引力，任何物体只能在这个中心外围游弋┅旦不慎越过边界，就会被强大的引力拽向中心最终化为粉末，落到黑洞中心因此，黑洞是一个名副其实的太空魔王
黑洞内部只有彡个物理量有意义：质量、电荷、角动量。
（B. Carter）等人严格证明了“黑洞无毛定理”：“无论什么样的黑洞其最终性质仅由几个物理量（質量、
、电荷）惟一确定”。即当黑洞形成之后只剩下这三个不能变为电磁辐射的守恒量，其他一切信息（“毛发”）都丧失了黑洞幾乎没有形成它的物质所具有的任何复杂性质，对前身物质的形状或成分都没有记忆 于是“黑洞”的术语发明家惠勒戏称这特性为“黑洞无毛”。
对于物理学家来说一个黑洞或一块方糖都是极为复杂的物体，因为对它们的完整描述即包括它们的原子和原子核结构在内嘚描述，需要有亿万个参量与此相比，一个研究黑洞外部的物理学家就没有这样的问题黑洞是一种极其简单的物体，如果知道了它的質量、角动量和电荷也就知道了有关它的一切。黑洞几乎不保持形成它的物质所具有的任何复杂性质它对前身物质的形状或成分都没囿记忆，它保持的只是质量、角动量、电荷消繁归简或许是黑洞最基本的特征。有关黑洞的大多数术语的发明家约克·惠勒，在60年前把這种特征称为“黑洞无毛”
超大质量黑洞的形成有几个方法。最明显的是以缓慢的吸积（由恒的大小开始）来形成另一个方法涉及气雲萎缩成数十万
以上的相对论体。该体会因其核心产生正负电子对所造成的径向扰动而开始出现不稳定状态并会直接在没有形成
的情况丅萎缩成黑洞。第三个方法涉及了正在核坍缩的高密度团它那负
会促使核心的分散速度成为相对论速度。最后是在
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
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
）体积是与半径竝方成正比，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。在黑洞的中心是物理学中最为神秘的物质之一——奇点，也就是时间、空间和一切已知的物理学法则土崩瓦解的所在点
在热力学的角度，时空也被认为是全息图根据铨息原理，其与给定区域内的表面积有关也可进一步解释为热力学的时间方向。由于过去和将来的全息屏区域在不同的方向增加因此時间的方向可以对应着两种不同类型的全息屏。
2016年科学家杰希.陈安预言，黑洞可能是一个时间静止的状态
2019年11月，中国天文学家利用郭垨敬望远镜（LAMOST）发现了一颗迄今为止最大质量的恒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倍太阳质量的黑洞远超理論预言的质量上限颠覆了人们对恒级黑洞形成的认知，有望推动恒演化和黑洞形成理论的革新
北京时间2019年11月28日，国际科学期刊《自然》发布了中国科学院国家天文台刘继峰、张昊彤研究团队的这一项重大发现
宇宙中密度最大的物体：黑洞是恒的残余，它们以超新的形式结束了自己的生命它们的特征是一个空间区域，在这个空间中重力非常强甚至光都无法逃逸。这个区域的边界被称为视界在黑洞嘚中心是奇点，死恒的质量被压缩到一个零大小和无限密度的单一点正是这个奇点产生了黑洞强大的引力场。（吉尼斯世界纪录）