简单地说,黑洞就是宇宙空间中又黑又空的洞。它是一种理论上预言而至今尚未找到的奇怪天体,它与其他天体本质上的差别就在于它的引力作用占绝对优势。它的质量很大、半径很小,因而在密度极大的星体周围,存在着极其强大的引力场。

1789年拉普拉斯曾预言：“宇宙中最明亮的天体,是我们所看不见的天体”,而这就是“黑洞”。爱因斯坦广义相对论所预言的黑洞是一种特殊天体,它的基本特征是具有一个封闭的视界。人们虽然看不见黑洞,但是通过强力场的存在,黑洞的质量、角动量(描述物体转动状态的物理量,每个质点的角动量等于质点质量m、质点的转动速度v和质点绕中心转动的轨道半径r三者的乘积,即角动量=mvr)以及电荷对外界产生的影响,便可以描述黑洞的全部特征。

目前科学界认为最有可能是黑洞的天体,也许就是如天鹅座X-1(一颗X射线星)这样的星体。

由火箭和天文卫星带上高空的X射线望远镜已经在我们银河系星盘的1000亿颗恒星中探测到大约100颗非常明亮而可变的X射线星。一颗典型的X射线星在X射线波段内发射的功率等于太阳在所有波段上发射的功率的几千倍。这种天体出现的频数大约是每10亿颗恒星中只有一颗,因而属于最罕见、最吸引人的天体。由于装在卫星上的X射线望远镜进行了比较精密的观测,现已确定：至少有6颗可变而持久的X射线星存在于银河系的球状星团中。球状星团是靠自身引力维持的系统,平均由10万颗恒星组成,而今已经知道的球状星团约有130个,可能还有70个受到星际尘埃云所阻挡还没有被发现。这些球状星团分布在银河系的“晕”中,即位于被银盘平分的球状区域中。

美国麻省理工学院物理教授克拉克通过装在卫星上的X射线望远镜已经发现了30多颗X射线“爆发星”,它爆发出短促而明亮的、延续数秒钟的X射线。在有些场合下,这种爆发以小时或天计算的时间内相当规则地重复发生。有一颗独特的快速爆发星可以产生一连串爆发,频率高达一天几千次。在一次时间为10s的典型爆发中,X射线通量可以超过太阳在一星期中全波段发出的总能量通量。

哪一类天体能够产生X射线星这样巨大功率的X射线呢?可以有把握地说,X射线星是这样一种星的致密遗迹,这种星体在耗尽了它的核能源之后在自身引力作用下发生坍缩。它们的X射线是在吸积过程中发生的,在吸积过程中,掉向坍缩星的物质的引力势能转化为几百万摄氏度高温的热量,以X射线光子的形式发射出来,X射线光子的能量大多在1000～50000eV之间。所以为了造就一颗X射线星,自然界就得同时具备一个致密恒星遗迹以及一个能以适当速度供应吸积过程的物质源。(www.daowen.com)

如果一个双星系中一颗星仍在进行核燃烧,而靠得很近的另一颗是已经烧尽的坍缩星,则这个系统就两种成分都具备了。在某种条件下,物质将从燃烧核燃料的星流向致密星来维持吸积过程。X射线爆发可能是由于物质流的间歇性中断引起的,中断使物质堆聚起来,然后又一下子倾泻到坍缩伴星的表面上。这种双星系中的致密星就是中子星或者黑洞。中子星的质量大约等于太阳的质量,但中子星的半径都大约只有10km;黑洞则完全被包含在一个临界半径之内,在此半径的距离处,引力场强大到连光也不能从中逃脱的程度。

虽然黑洞的存在还是一个争论中的问题,纯粹建立在数学理论的推导上,但是如果一个天体的质量足够大,而其角动量又足够低,那么它看来便是无法幸免于最终坍缩成为黑洞的。

银河系中的球状星团,现在认为是在100亿～130亿年前由原星系在引力坍缩的过程中形成的,原星系是由氢和氦构成的一团巨大的气体云。在这个原星系云收缩时,密度较高的局部区域受自身引力作用,在较短的时间内收缩而成为球状星团。星团一经形成,它们就作为整体在原星系云中沿着银河系的普遍引力场所决定的轨道运行,轨道周期为若干亿年。原星系云中剩下的气体继续收缩,在一段可同星团轨道周期相比拟的时间内,它们坍缩为一个旋转的薄盘,在其中形成银河中的恒星。而星团仍然在巨大的轨道上运动,它们分布在原来生成时所在的区域中,也就是银河系的球状晕中。

根据当前天文观测结果得出的结论：已经有几亿中子星形成,并正在银河系的银盘中游荡着,其中只有那种十分邻近的和十分年轻的中子星才能作为脉冲星被观测到。理论研究表明,3倍于太阳质量以上的天体不存在稳定态,当质量超过某个临界值时将使中子星坍缩为黑洞。

普林斯顿大学和加利福尼亚大学的学者提出假设：对于银河系中球状星团X射线星来说,这种X射线源就是大质量黑洞;同时,星团的稠密核心在经过一场崩溃性的中心坍缩之后,其中的恒星也会合并起来形成黑洞。然而,一个明显的事实是,解决这样的多体问题在数学上和计算上都存在着难以克服的困难,所以一直到今天,这种恒星崩溃性的合并究竟能否发生都未有定论!但大质量黑洞学说的倡导者仍坚持在高度稠密的球状星团中存在着黑洞。