黑洞的结构解剖

事件视界

这就是黑洞之所以黑的原因。我们可以把事件视界（event horizon）想象成黑洞的表面。在这个边界之内，想要逃离黑洞所需的速度超过了光速，而光速是宇宙中一切事物速度的上限。所以，任何越过事件视界的东西都注定留在里面——连光也不例外。由于光无法逃脱，黑洞本身既不发射也不反射光，黑洞内部发生的一切都无法被外面的观察者看到。不过，天文学家仍然可以观测黑洞，这要归功于黑洞周围尚未落入事件视界的物质所发出的光。

吸积盘

黑洞的主要光源来自一种叫做吸积盘（accretion disk）的结构。黑洞通过吞噬物质来长大，科学家把这一过程叫做吸积，黑洞也会通过与其他黑洞合并来成长。一个恒星级黑洞如果和一颗恒星组成一对，就可能从恒星上吸走气体；超大质量黑洞也会从靠得太近的恒星那里吸走气体。这些气体汇聚成一个炽热、

If we could see it up close, we’d find that the accretion disk has a funny shape when viewed from most angles. This is because the black hole’s gravitational field warps space-time, the fabric of the universe, and light must follow this distorted path. Astronomers call this process gravitational lensing. Light coming to us from the top of the disk behind the black hole appears to form into a hump above it. Light from beneath the far side of the disk takes a different path, creating another hump below. The humps’ sizes and shapes change as we view them from different angles, and we see no humps at all when seeing the disk exactly face on.

Event Horizon Shadow

The event horizon captures any light passing through it, and the distorted space-time around it causes light to be redirected through gravitational lensing. These two effects produce a dark zone that astronomers refer to as the event horizon shadow, which is roughly twice as big as the black hole’s actual surface.

Photon Sphere

From every viewing angle, thin rings of light appear at the edge of the black hole shadow. These rings are really multiple, highly distorted images of the accretion disk. Here, light from the disk actually orbits the black hole multiple times before escaping to us. Rings closer to the black hole become thinner and fainter.

多普勒集束效应

从大多数角度看，吸积盘的一侧看起来比另一侧更亮。在黑洞附近，吸积盘旋转得非常快，以至于爱因斯坦广义相对论的一种效应变得明显。从朝向我们旋转的那部分吸积盘发出的光会变得更亮、更蓝，而从远离我们旋转的那一侧发出的光则会变得更暗、更红。这与日常生活中一种声学现象在光学上等价：比如警笛声，当声源靠近并经过时，音调和音量会先升高后降低。黑洞的粒子喷流更加戏剧性地展示了这种效应。

日冕

它被称为宇宙中最极端的物理环境之一。贯穿内侧吸积盘的强磁场向外延伸，形成一团稀薄、湍动、温度高达十亿度的云。日冕中的粒子以接近光速的速度绕黑洞运行。它是一个 X 射线源，其能量远高于吸积盘发出的 X 射线，但天文学家仍在试图弄清它的范围、形状和其他特征。

粒子喷流

在各种大小的黑洞中，吸积盘内边缘附近都可能发生某种奇怪的现象。少量朝向黑洞运动的物质可能突然改道，形成一对朝相反方向猛烈喷出的喷流。这些喷流以接近光速的速度喷射粒子，但天文学家尚未完全理解它们是如何工作的。超大质量黑洞——大多数大型星系中心都存在这种黑洞——喷出的喷流长度可达数十万光年。当喷流恰好朝向我们的视线方向时，由于多普勒集束效应，我们可能只能较容易地探测到朝向我们喷射的那一股。这一过程使靠近我们的喷流显著变亮，却使背后的喷流大大变暗。

奇点

广义相对论预言，黑洞的正中心包含一个物质被压缩到无限密度的点。它是任何落入事件视界的物质的最终归宿。奇点可能是一种物理结构，也可能纯粹是