【菜科解读】

　　保罗·萨特 （ Paul M. Sutter）是纽约州立大学石溪分校和Flatiron研究所的天体物理学家，以及《如何在太空中死亡》一书的作者。

他为Space.com的 Expert Voices：观点和见解贡献了这篇文章。

　　天文学家不了解宇宙中最大的黑洞的起源。

这些黑洞在宇宙学记录中出现得如此之早，以至于我们可能不得不调用新的物理学来解释它们的出现。

　　一项新的研究提出了一个有趣的起源故事：第一个黑洞不是来自恒星，而是来自成团的超级异乎寻常，超假设性的粒子，被称为引力子，它们能够在大爆炸的最初混沌岁月中幸免于难。

　　有黑洞，然后有大黑洞。

宇宙中最大的黑洞，称为“超大质量黑洞”（SMBH），位于宇宙中几乎每个星系的中心。

甚至银河系也有一个，是一个质量为400万太阳质量的怪物，被称为射手座A *。

　　在现代宇宙中，巨大的黑洞真是令人赞叹不已，但是在过去的十年中，天文学家已经揭示出恒星和星系刚出现时超大质量的黑洞的存在，当时宇宙还不到十亿年。

　　这很奇怪，因为据我们所知，形成黑洞的唯一方法是通过大量恒星的死亡。

当他们死后，他们留下了一个黑洞，其质量比太阳大了几倍。

为了达到超级状态，它们必须与其他黑洞合并或消耗尽可能多的气体，从而堆积了数百万个太阳质量，这需要很多时间。

　　在早期宇宙中，恒星本身花费了数亿年的时间才首次出现。

据我们所知，第一代恒星和星系旁边是超大质量黑洞。

似乎没有足够的时间让这些巨大的黑洞通过通常和惯常的恒星死亡路径形成，因此出现了一些可疑之处。

　　我们要么不了解黑洞生长的天体物理学的基本知识，要么是第一个巨大的黑洞实际上是在更原始，更原始的时代中形成的。

但是为了做到这一点，创造那些可能出现的第一个黑洞的物理学必须……很奇怪，很奇怪，它远远超出了已知物理学的当前范围。

值得庆幸的是，理论物理学家每天都在努力工作，以远远超出已知物理学的当前范围。

一个这样的例子称为超对称性，这是物理学家试图解释粒子世界的某些内部工作原理并预测全新粒子的存在的一种尝试。

　　在超对称中，标准模型的每个粒子都与一个伙伴配对。

这种配对的原因是在可能描述自然的数学深处发现了基本的对称性。

但是这种对称性被破坏了，因此超对称性伙伴粒子不会简单地在世界范围内漂浮或在我们的粒子对撞机中进入广阔的入口。

　　相反，由于对称性的破坏，伙伴粒子被迫具有难以置信的质量，以至于它们只能出现在宇宙中能量最高的反应中。

到目前为止，我们尚未在对撞机实验中找到任何有关超对称伙伴粒子的证据，但我们仍在寻找。

　　在进行搜索的过程中，理论家们花了很多时间研究各种模型和超对称性的可能性。

在一个版本中，有一个粒子叫做gravitino。

引力子是引力子的超对称配对粒子，引子本身就是承载重力的假想粒子。

　　如果您开始担心所有这些听起来都太假想，那就可以了。

gravitino的存在是高度推测性的，并非基于任何现有证据。

但是，正如我们将很快看到的那样，某些引力子的模型赋予它们某些非常特殊的属性，这些属性使它们变得成熟，可以播种黑洞的形成。

　　如果要在早期宇宙中制造一些黑洞，则必须克服一些挑战。

早在第一批恒星和星系出现之前，我们的宇宙就被辐射所控制：高能量的光淹没了宇宙，围绕着这个事物奔波，并且通常告诉每个人该怎么做。

　　如果要在辐射主导的时代创建一些随机的黑洞，则必须快速进行，因为我们宇宙中的那个时代非常混乱。

一旦形成了黑洞，就必须保持它们的生命。

黑洞通过称为霍金辐射的量子力学过程蒸发，而小的黑洞可以在消失之前迅速消失，更不用说超大质量了。

　　输入gravitino或该假设粒子的至少一个版本。

根据最近在预印本杂志arXiv上发表的一篇研究文章，高能量的早期宇宙本来就具有用引力子填充宇宙的恰好条件。

由于它们的独特特性，它们可以快速形成微观的黑洞。

　　随着早期宇宙中时间的流逝，黑洞可能会变得足够大，以至于在屈服于霍金蒸发之前，它们可以充分享受周围的辐射。

一旦辐射消失，它们可能足够大，可以继续通过正常的天体物理过程收集物质，为第一个巨大的黑洞提供种子。

时空弯折的终极秘境 黑洞藏着光线逃不出的边界

强大引力不断拉扯弯折空间，形成一道无形的事件视界，哪怕是宇宙中速度极限的光，一旦跨入这片范围，也再也没有办法向外挣脱逃离。

聊聊黑洞的形成本源，看懂时空弯曲的原理，便能明白光线被困的深层缘由。

广袤宇宙中，万事万物都会带来时空形变，质量越大的天体，对周边时空的弯折效果就越明显。

平日里地球、恒星带来的曲率变化十分微弱，我们很难直观察觉，光线穿行其间只会出现轻微偏移，依旧可以顺畅传播。

可黑洞截然不同，它由超大质量恒星晚年坍缩演化而来，星体内核急剧向内收拢，体积不断压缩，质量却高度汇聚，让周遭时空被剧烈拉扯扭曲。

极度密集的质量，催生出恐怖的时空曲率，空间不再保持平直状态，如同一张被重物狠狠按压凹陷的弹性薄膜，越靠近中心位置，弯折程度就越发夸张。

这种肉眼看不见的空间形变，正是黑洞一切奇特现象的根源，也构筑起专属它的宇宙规则。

事件视界便是时空弯折形成的临界分界线，没有实体轮廓，却划分出两种截然不同的物理世界。

界线外侧的时空曲率相对平缓，宇宙常规法则正常生效，光线、星际物质可以自由穿行，天体也能按照既定轨迹运转，光线能够毫无阻碍地向四面八方传播扩散。

一旦跨过事件视界，时空曲率瞬间飙升至极值，空间结构彻底扭曲塌陷。

此刻所有运动规律都会被改写，光线即便以最快速度行进，也只能顺着弯折的空间不断坠向黑洞核心，完全找不到向外逃逸的路径。

光无法逃离视界范围，也让黑洞拥有了漆黑无光的外表。

本身不会向外辐射反射光线，外界光线落入其中也尽数被束缚吞噬，没有光能抵达观测者视野，所以人类无法直接目视黑洞本体，只能依靠引力效应、光线偏折等间接痕迹判断它的存在。

时空曲率带来的束缚力，不止困住光芒，也禁锢住所有物质与信息。

任何行星、星云碎片、宇宙尘埃，不慎闯入事件视界之后，都会顺着扭曲的空间持续下坠，最终汇聚到中心奇点。

外界永远无法获取视界内部的状态变化，这里成了宇宙天然的封闭秘境。

对比普通天体就能清晰看出差距，行星、恒星的时空弯曲程度有限，物体只要达到对应逃逸速度，就能脱离引力影响。

黑洞曲率突破临界阈值，直接锁住光速运动的光线，成为宇宙中独一无二的时空牢笼。

人类依靠天文观测不断探索黑洞奥秘，从捕捉引力波，到拍摄黑洞实景影像，一步步印证时空曲率的相关理论。

这份极致弯折造就的特殊天体，不断颠覆着人们对时空的固有认知，也指引着人类持续探寻宇宙更深层次的奥秘。

吞噬一切的宇宙深渊，黑洞引力藏着光速禁区

它拥有世间顶尖的引力束缚力，独特的视界边界划分出截然不同的时空领域，只要踏入视界范围之内，就连每秒三十万公里的光速，都没办法挣脱引力拉扯向外逃离。

今天就用闲聊述说的口吻，聊聊黑洞引力的奇特特性，讲讲视界的划分意义，理清为何光速都无法从黑洞内部脱身，一同揭开这片宇宙禁区的神秘面纱。

宇宙天体的引力强弱，一直和自身质量、密度牢牢挂钩。

普通恒星、行星的引力，只能束缚周边卫星与星际物质，物体只要达到对应速度，就能摆脱引力飞向深空。

而黑洞诞生于大质量天体的末期演化，巨型恒星燃料耗尽后，再也无法支撑自身庞大躯体，核心在自身重压下急剧向内坍缩，体积被无限压缩，密度飙升到难以想象的地步。

极致致密的结构，催生出碾压所有常规天体的超强引力，这也让黑洞拥有了独一无二的宇宙统治力。

从黑洞形成的那一刻开始，它就注定成为宇宙里特殊的存在，和我们熟知的星体运转规律彻底区分开来。

围绕黑洞存在一层无形的边界，这便是人们常说的事件视界。

它没有实体外壳，肉眼无法直接看见，却是一道无法逾越的分界线。

视界之外的宇宙空间，依旧遵循常规物理规则，光线、星体、宇宙尘埃都能自由穿梭，天体也可以依靠运动速度远离黑洞影响范围。

一旦物质、光线跨越这条无形界线，彻底进入视界内部，一切都会发生颠覆性改变。

黑洞恐怖的引力会牢牢锁定内部所有存在，再也没有力量能够带着物质脱离这片区域。

衡量天体引力束缚能力，有一个关键参照标准就是逃逸速度，也就是物体摆脱天体引力束缚，飞向宇宙远方需要具备的最低速度。

地球有着自身对应的逃逸速度，火箭突破临界数值便能冲出大气层奔向太空，太阳系里的各大行星、恒星，都有着各自固定的逃逸速度门槛。

黑洞打破了常规天体的速度极限，视界内部的逃逸速度直接超越光速。

光速是目前人类认知里宇宙最快运动速度，连光线本身都没办法积攒足够速度冲破引力牢笼，其他星体、星际物质自然更没有脱身的可能。

光线坠入黑洞视界后，无法向外反射、传播，我们没办法捕捉到黑洞自身散发的光亮，这也是黑洞漆黑一片、难以直接观测的根本原因。

任何闯入视界之内的物质，不管是庞大的恒星残骸，还是细碎的气体尘埃，都会被强大引力不断拉扯撕扯，最终向着黑洞中心奇点不断坠落，彻底消融在这片深渊之中。

超强引力不止禁锢视界内部的一切，也会剧烈扭曲周边时空。

靠近黑洞的星体运行轨迹会被强行弯折，光线途经周边空间也会发生明显偏转。

不少遥远天体发出的光芒，在奔赴地球的途中靠近黑洞区域，都会被引力改变行进路线，这也给天文观测带来了奇妙的视觉效果。

科研人员依靠光线弯折、天体异常运动等间接痕迹，一步步推算黑洞位置，测算它的质量与引力强度。

时至今日，人类依旧没办法近距离抵达黑洞视界实地探查，视界内部的时空结构、物质形态，还留存着大量未解谜题。

光速无法逃逸的特性，让黑洞成为宇宙天然的隔绝领域，里面的一切变化都无法向外传递信息。

黑洞凭借极致强大的引力，划定出超越光速束缚的视界禁区，成为宇宙中最神秘的深渊天体。

这份打破常规物理认知的特质，不断吸引着人类探索研究，随着天文观测技术持续进步，未来我们也会慢慢解锁更多黑洞隐藏的宇宙奥秘。