黑洞最初是怎样形成的？
恒星演化及黑洞是怎样形成的？黑洞就是坍缩的大质量恒星的残骸。（这是人类第一张黑洞照片，其实整张照片是这样滴。）要讲黑洞怎么形成，就先得讲一下恒星的生命历程。1，恒星形成：恒星的前身是原始恒星星云，主要由星际中的氢气、少量氦气和尘埃构成，绝大多数是氢气。原始恒星星云在引力的作用下逐渐靠近、汇聚，形成原始星球。
太阳系里的木星就是这样一颗星球。由于自身重力作用，星球核心的压强和温度都很高，木星内核温度接近1万摄氏度。当原始星球的质量达到木星的80倍，那么，星球核心的压强和温度就会引发持久的氢核聚变。氢聚变为氦释放热能，星球就开始发光，恒星就形成了。2，恒星主序星阶段：这时进行核聚变的氢是位于恒星核心部位的氢。
由于恒星外壳的强大压强，发生在核心的聚变被稳定的约束在核心，而不会发生像核弹那样的爆炸。恒星内核炽热的氢核聚变产生向外膨胀的热压力，使得恒星向内坍缩停止，恒星略微膨胀。当膨胀的热压力与向内坍缩的自身重力（引力）达到平衡，恒星的温度和体型都稳定下来，持久燃烧，这叫恒星的主序星阶段，占恒星寿命的90%以上。
能观测到的90%的恒星都处于这个阶段。3，红巨星或红超巨星：经过几百万年到几年亿年之后（快慢取决于恒星质量，质量越大时间越快），恒星内核的氢都聚变为氦了，燃料耗尽，核聚变停止。恒星开始冷却，热膨胀压力变小，恒星引力占据上风，恒星开始重启坍缩。由于内部压强和温度再次上升，中间层的氢开始聚变为氦，中间层的氢燃料要比之前恒星核心的氢原料多得多，聚变会很剧烈，温度快速升高，热膨胀压力占据上风，恒星快速膨胀为红巨星。
太阳在红巨星阶段直径会超过火星轨道。由于聚变剧烈，燃烧得快，所以这个阶段只会持续几百万年就会进入下一阶段。4，恒星不同的结局：恒星在这个阶段走向分化。红矮星：小于0.4倍太阳质量的恒星，恒星的自身引力不足以使氢聚变的产物——氦发生聚变，恒星一直作为红矮星燃烧完自己的燃料，然后慢慢冷却。但是这个过程很长，比宇宙的年龄还长，至今没有观测到红矮星的终结。
《三体》里面的比邻星就是这样一颗红矮星。白矮星：0.4-3.4倍太阳质量的恒星，在红巨星最后阶段，由于氢聚变产生的氦越来越多，氦核由于自身引力而坍缩，温度和压强最终引发氦聚变，产生一系列复杂的聚变和化学反应，太阳的这个过程会持续10亿年。氦聚变的最后一刻会发生“氦闪”（可参考《流浪地球》的相关科普文章），在一次巨大的爆发中，把恒星外层气体剧烈抛出，剩下一个尺度很小但是非常致密的内核，叫做白矮星。
这个内核由电子简并压支撑住自身的引力，简单地说，就是围绕在原子核外旋转的电子支撑住了恒星自身的体重，使坍缩停止。高温的白矮星在漫长岁月中会冷却为黑矮星。中子星：超过太阳质量5倍的恒星，恒星内核会产生一系列聚变，铁元素之前的较重元素都会生成，一直到铁元素停止，因为铁元素聚变不再释放热能，而是吸收热能，核聚变立刻停止，恒星内核立刻坍缩。
这就好像人吃饭噎到了，而发生剧烈爆炸。恒星外面的气体被抛出，成为下一代恒星的原料，我们的太阳系就是这些原料形成的。如果残留的内核质量介于1.44倍~3.2倍太阳质量之间，这个内核的自身重力就将超过电子简并压的支撑力，从而把电子压到原子核里，使质子变为中子，这个内核就是大名鼎鼎的中子星。由于中子的体积只是原子的几千亿分之一，所以中子星的体积是非常小，是白矮星体积的几千亿分之一，直径只有十几公里，相当于一个城市大小，而质量却是太阳的2、3倍，密度极其之大。
这个时候内核是由中子简并压在支撑自身重力，使形状保持稳定。黑洞：残余内核超过太阳质量3.2倍时，再没有更大的力能支撑恒星自身重力，恒星将不可避免地持续坍缩下去，最终成为尺度无限小的1个点。这时这个残核的密度无限大，温度无限高，时空曲率无限大（引力场无限大），使得光都不能逃离，所以外界是无法观察到它的，所以被称为“黑洞”。
这时现有物理学定律在“黑洞奇点”里完全失效，其内部我们无法观察到，内部规律我们也无法研究。黑洞的内核只是一个点，但是内核之外存在一个边界，这个边界内的光都无法逃逸，我们看到的是一个球形黑区，这个球形的外边界就叫“黑洞视界”。前天（2019.4.10 21:00）发布的第一张黑洞照片，中间黑色的区域就是“黑洞视界”，那不是“黑洞奇点”（黑洞的全部质量所在），而是我们看不到光的最大边界。
人类如何才能制造出一个黑洞？
目前已知的，最接近真实黑洞的样子，是之前拍摄的黑洞照片。而影视作品中，对黑洞刻画的最真实的是，科幻神作《星际穿越》。下图中，是星际穿越中的墨菲，她揭开了引力的秘密，很有可能，人类可以因此而制造一个黑洞。要了解黑洞如何创造，需要先知道以下几点：01史西瓦半径史西瓦半径是一个在物理学和天文学中，尤其在万有引力理论、广义相对论中非常重要的概念，因为，它其实就是称为黑洞的临界条件——专业的讲，叫临界半径特征值。
史西瓦半径的值史西瓦半径的值，其实就是一个逃逸速度为光速的物体的最小半径。逃逸速度的表达式如下：一个物体的史瓦西半径与其质量成正比，太阳的史瓦西半径约为3千米，地球的史瓦西半径只有约9毫米。也就是说，把太阳保持质量不变，缩小到一座山那么大；或者把地球缩小到一颗花生米那么大，它们就会成为黑洞。02创造黑洞有多难？一定要大质量么？理论上讲，可以存着任何质量的黑洞，只要满足史西瓦半径的要求。
我们把史西瓦半径公式和密度、体积的公式一起联立。最后得到密度会是一个非常惊人的数量级。如果是太阳，这个密度也有10的20次方之多！比中子星密度还要大几十万倍。那么如何达到呢？已知的方法就是压缩——利用碰撞来压缩。让两个高速、高能的粒子相互碰撞，其碰撞过程中，相互挤压，有可能达到史西瓦半径！这样我们就在实验室创作了一个黑洞。
黑洞是怎么形成的？黑洞里有什么东西吗？
黑洞是大质量天体演化的结果。一般来说，质量在30倍太阳质量以上的恒星，最终都会演化为黑洞。恒星演化的动力就是其质量所产生的引力作用，在巨大引力下，恒星核心区域的压力和温度将会达到极高的程度。因此就会引起聚变反应，产生大量的能量，这也是恒星发光发热的来源。聚变反应就会消耗物质，也就早晚有消耗完的时候，因此当恒星内部不能再进行聚变反应产生能量的时候，恒星就会演化到下一个阶段。
根据质量不同，一般会有三个演化方向：8倍太阳质量以下的演化为白矮星，8~30倍质量的演化为中子星，30倍质量以上的演化为黑洞。白矮星是依靠电子简并力抗衡引力所形成的天体，如果质量更大，电子简并力就无法抗衡引力，所以需要更有力的中子简并力来抗衡，这就是中子星。但如果质量更大， 中子简并力也无法抵挡引力，所以物质会继续坍缩下去，就形成了黑洞。
黑洞由于巨大的引力，其表面的逃逸速度超过了光速，所以无论是光还是其他信息都无法离开黑洞表面，我们管这个表面叫做事件视界。在这个视界以内的事物我们是无法观测到了，所以我们只能观测到视界外发生的事情，也就是我们可以观测到黑洞周围的光和各种射线，但中间确实黑的。对于黑洞内部，我们目前还无法确认那里的物质状态，因为在极高的引力下，物质已经分解破碎，我们目前的基础物理已经不适用那里的环境了。
黑洞形成后，如何演变呢，黑洞会死亡吗？
关于黑洞的形成，目前认为主要有两种形式，一种是在宇宙形成之初就形成的，被称为原生黑洞，这种黑洞是在宇宙诞生之初，大团的能量转化为物质这个过程中产生的，通常星系的中心黑洞和类星体属于这一类黑洞，另一种黑洞是由大质量恒星形成的，质量超过太阳30倍的恒星，进入晚年的超巨星阶断后，当它的内部开始产生铁元素时，就会发生超新星爆发，在那一瞬间，星球巨大的压力会在内部产生一个黑洞，这个黑洞会迅速吸收恒星的质量和能量，进而迅速膨胀，所以会占有死亡恒星质量的绝大部分，但是这样的黑洞相对于星系中心黑洞和类星体黑洞比较小，其质量有太阳的二三十倍左右，但是比较大的星系中心黑洞和类星体黑洞可以达到太阳质量的百亿倍以上。
那么黑洞形成之后如何演变呢？这个还真不太好说，因为不同质量的黑洞是不一样的，处于不同环境中的黑洞命运也是不一样的，质量特别小的黑洞会很容易挥发掉，因为霍金辐射理论认为黑洞是会有辐射挥发的，越小的黑洞挥发的越快，但是大质量的黑洞就不容易挥发了，像银河系中心黑洞这么大质量的黑洞（太阳质量的400万倍），1万亿年也不会挥发干净。
黑洞形成之后都是在不停的吞噬物质的，所以很多黑洞都在变得越来越大，特别是星系中心的黑洞和类星体黑洞，但是有些大质量恒星变成的黑洞由于不能吸收太多的物质，或者是能量挥发超过了吸收物质的速度，那么它就会变得越来越小，直至消失。也有人认为黑洞如果不断吸收物质的话，当吸收的足够多的时候，或许会变成一个白洞，白洞和黑洞相反，它不吸收物质，只会向外喷发物质，所以称为白洞。
超大质量黑洞是如何形成的？这种黑洞寿命多长？
——天文学家通过建模支持了一种可能理论早在十几年前，天文学家就发现了处于宇宙黎明时期（the dawn of the universe）的超大质量黑洞的身影。它们的存在一直令人迷惑不已，因为在通常情况下，形成一个超大质量黑洞需要几十亿年的时间，而截止目前，仅通过观测发现的宇宙黎明期的超级巨兽就超过了二十几个，其中有些黑洞出现的时间要追溯到宇宙大爆炸后的8亿年以内。
例如，2015年2月的《自然》杂志，就报道天文学家们发现了一个超大质量黑洞，其质量大约是太阳的120亿倍，出现的时间仅仅是大爆炸后的8.75亿年。黑洞的成长需要时间，对于天文学家们来说，他们本来并不指望在如此早期的宇宙能够发现这般巨大的黑洞，他们甚至认为，从理论上来说，在大爆炸后的10亿年以内，发现超过100亿倍太阳质量的黑洞简直是难以置信的。
研究这种超级巨兽的成因既充满挑战又十分有趣。《Nature Astronomy（自然天文学）》杂志在线发布了一项新的研究成果，来自爱尔兰都柏林城市大学、美国哥伦比亚大学、乔治亚理工大学、赫尔辛基大学的一组研究人员，为这些古老巨大黑洞的成因增加了一个新的证明。在计算机模拟中，研究人员表明，如果位于宿主星系附近的星系能够发出足够的辐射，关闭该宿主星系的恒星形成能力，那么位于宿主星系中心的黑洞就能够迅速成长。
图片：计算机模拟图，左边所示的巨大的黑洞能够随着来自附近星系的强辐射使其宿主星系关闭恒星形成而快速生长。哥伦比亚大学的天文学教授、论文的合著者Zoltan Haiman说：“宿主星系的坍塌，以及一个百万太阳质量黑洞的形成，需要10万年，在宇宙时间里，仅仅是昙花一现的瞬间，”“几亿年之后，这个百万质量的黑洞就已经成长为一个十亿太阳质量的超大质量黑洞，这个速度比我们预期的要快得多。
”在早期宇宙，恒星和星系正在形成，当时的环境会限制黑洞成长为宇宙巨兽。因为分子氢将气体转化为恒星，这样，气体就会拥有足够的距离以逃离黑洞的引力。于是，为了“使”当时的黑洞“克服”这个障碍，天文学家们已经提出了几种方法。在一项2008年的研究中，Haiman和他的同事们假设，来自一个巨大的临近星系的辐射能够将分子氢分解成原子氢，进而导致新生的黑洞和它的宿主星系坍塌，而非产生新的星团。
随后，由哥伦比亚大学博士后研究员Eli Visbal领导的研究，计算出了这个“附近的星系”必须至少拥有超过1亿倍的太阳质量，才能放射出足够的辐射阻止宿主星系的恒星形成。尽管相当少见，但在早期宇宙中，这种大小的星系还是存在足够数量的。《自然天文学》发布的最新研究，由爱尔兰都柏林大学的博士后研究生John Regan领导，使用哥伦比亚大学的Greg Bryan所开发的计算机软件对该过程进行建模，其中包含了引力、流体动力学、化学和辐射的影响。
研究者们花了若干天时间在超级计算机上处理数字，他们发现，这个“附近的星系”可以比此前预测的更小一些、更近一些。乔治亚理工大学天体物理系副教授、论文的合著者John Wise 说：“附近的星系不能靠得太近，也不能离得太远，就像金发姑娘原则一样。”虽然在成熟宇宙中的大多数星系中心发现了超大质量黑洞，但在宇宙的婴儿期，超大质量黑洞却并不这样常见。
研究人员希望在美国宇航局的詹姆斯·韦伯空间望远镜（哈勃望远镜的继任者）明年上线并带回早期宇宙的图像时测试他们的理论。其他有关早期宇宙巨兽演化的模型包括，数百万个较小黑洞和恒星的合并形成超大质量黑洞等，这个模型也有待测试。Regan 说，“了解超大质量黑洞是如何形成的，可以告诉我们星系是如何形成和演化的，最终告诉我们更多有关宇宙的奥秘。
你们知道黑洞是怎么形成的吗？宇宙中的黑洞是如何形成的？
要说明黑洞的形成，首先要明白宇宙的演变过程。我们知道，人的一生要经历幼年、青年、壮年、老年等阶段，宇宙的演变也类似，奇点大爆炸后，先形成氢元素，氢元素在吸引力的作用下，聚集成星云，再聚集成恒星，由于恒星的大小不同而坍塌成白矮星、中子星和黑洞，黑洞把周围恒星聚集在一起，就形成了星系，星系又聚集成星系团。
从上面可以知道，黑洞是宇宙演变过程中的一个阶段。黑洞要比中子星的密度大，而中子是由夸子组成的，因此黑洞可能是夸子组成或比夸子更小的粒子组成的，它不是一个洞，而是一个密度相当大的实心体。从黑洞这一级，宇宙再向前演变，是黑洞吸收周围的恒星等，最后整个星系形成一个更大的黑洞，或比黑洞密度更大的天体，黑洞或更大密度的天体之间再聚集，最后回到奇点又大爆炸，如此循环往复。
