黑洞是个既陌生又熟悉的话题。它经常出现在科幻作品中，被描述成拥有着吸尘器般巨大吸引力、而且隐身的贪婪怪兽。前几年火遍大江南北的《星际穿越》展现了一个穿着发光腰带的黑洞——卡冈图雅。让大家不禁疑惑，黑洞周围原来也能发光？
昨天（北京时间2019年11月28日）凌晨，国际顶尖科学期刊《自然》在线发布了我国天文学家主导的一项重大发现。中国科学院国家天文台刘继峰研究员、张昊彤研究员领导的研究团队发现了一颗迄今为止最大质量的恒星级黑洞。这个重大进展恐怕也刷爆了大家的朋友圈。
那么，黑洞究竟是什么？黑洞是黑的吗？我们如何“看”到黑洞呢？
最简单的黑洞模型是不带电也不转动的黑洞。
这个模型源自1916年德国天文学家卡尔·史瓦西通过求解爱因斯坦引力场方程得到的一个精确解，该模型也因此得名史瓦西黑洞模型。在这个模型中，黑洞中心是奇点，奇点是个时空被无限弯曲的区域，那里密度无限大；黑洞的形成使时空由视界分成了两部分——视界内和视界外。物质和光可以从视界外进入视界内，反之不行。这是因为黑洞的视界内，引力很强，以至于连光都无法逃离。
如果连光也出不来，那里面就是黑的，这也是它得名“黑洞”的主要原因。
要完整描述一个黑洞，就只需要知道三个参量：质量，相当于有多重；电荷，带不带电，带正电还是负电，带多少电；角动量，指黑洞是否转动，转动的能力和方向如何。知道了它们三个参量，便知道了一切。这就是“黑洞无毛定理”。在中国，因为有着著名的漫画角色“三毛”，我们又称无毛定理为三毛定理。
根据质量，天文学家们将宇宙中的黑洞分成三类：恒星级质量黑洞、中等质量黑洞和超大质量黑洞。恒星级质量黑洞，几倍-几百倍太阳质量；超大质量黑洞，几百万倍太阳质量以上；而中等质量黑洞，质量位于两者之间。目前普遍认为，恒星级质量黑洞，是大质量恒星演化到晚期，发生超新星爆炸之后留下的残骸。而超大质量黑洞，是更小质量的黑洞发生并合以及吞噬物质形成的。
要想“看到”黑洞，其实也没那么容易。北京时间2019年4月10日，全球多地协调召开发布会，发布了人类的首张黑洞照片，提供了黑洞的首个直接视觉证据。在这次拍照前，主要有三类代表性证据可以证明黑洞的存在。
探索黑洞，也是为了更好地探索宇宙。天文学家们发现，至少在近邻星系中，黑洞质量越大，它所居住的星系也具有更大质量的核球，核球中恒星的速度弥散也更大。这一现象预示了黑洞和星系像是约好一般进行协同演化。通过观测数据，再综合理论研究、计算机模拟，就能帮助回答黑洞的成长问题、黑洞与宿主星系的关系。
“探索天文”系列课是由中国科学院上海天文台佘山科普教育基地出品的一套公益性天文课程。以天文学中大众关注度最高、最有趣的话题为主题，让专业的一线天文科研人员和科普专家从复杂的知识点中选取最有代表性的内容，分别从天文望远镜、月球、太阳系、星系动物园、黑洞、星座这六个方面，多角度地、趣味性和知识性兼有地介绍天文学中的知识和研究方法等。