撰文：保罗·萨特                 2022年9月19日

在这幅插图中，中心的超大质量黑洞被流向黑洞的物质包围，称为吸积盘。

图片：NASA/JPL-Caltech）

黑洞是宇宙真空吸尘器——大到连光都无法逃脱的巨大物体。

大多数人认为，黑洞除了坐在那里吞噬四处游荡的气体或尘埃之外什么也不做。

但是黑洞真的可以有更有趣的内部生活吗？例如，它们会爆炸吗？ 如果“爆炸”是“突然、短暂地释放大量能量”，那么答案无疑是肯定的。最好的部分是它们可以通过几种有趣的方式爆炸，要么引爆自己，要么引爆附近的环境。

黑洞可以通过一种方式爆炸。这背后的过程与黑洞并不完全是黑色的事实有关，这是由著名的天体物理学家斯蒂芬.霍金在 1976 年发现的。

“在经典物理学中，没有什么能从洞里出来，”俄亥俄州立大学的物理学家萨米尔·马图尔在一封电子邮件中告诉《生活科学》。“但霍金发现，在量子力学中，这个洞会通过发射低能辐射将其能量慢慢泄漏到无穷大；这就是所谓的霍金辐射。”

只要黑洞不吸入新物质，它就会在释放霍金辐射时慢慢失去质量。然而，霍金辐射的发射速度很慢。一个质量是太阳几倍的普通黑洞，每年会发出大约一个光子或一束光。按照这个速度，典型的黑洞需要 10^100 年才能完全蒸发。

但霍金意识到，较小的黑洞蒸发得更快。随着黑洞变得越来越小，它会发出越来越多的辐射。在其生命的最后时刻，黑洞发出如此多的辐射，速度如此之快，以至于它像炸弹一样有效地发挥作用，释放出高能辐射和粒子的洪流。

如果在极早期的宇宙中形成的小黑洞（大约地球大小），它们将需要数十亿年才能蒸发，这意味着这些“原始”黑洞如果存在，现在将在整个宇宙中爆炸。

迄今为止，天文学家还没有发现任何原始黑洞爆炸的证据，但它们可能就在那里。

超辐射

黑洞会随着宇宙中其他地方发现的另一种爆炸而爆炸，这要归功于它们旋转的事实。旋转的黑洞——也被命名为克尔黑洞，以纪念新西兰数学家罗伊.克尔，他首先弄清楚了它们是如何工作的——在它们的视界周围创造了一个能动层。能动层是一个细长的空间区域，没有任何东西可以保持静止。当粒子进入能动层时，任何落向旋转黑洞的东西都开始围绕它运行。

围绕黑洞旋转的时-空也可以拉动光子。如果有足够的光子，它们可以相互弹跳或者任何游荡的粒子。有时弹跳会导致光子逃离量子能层。但其他时候，弹跳会导致光子更深地落向黑洞，在那里它们获得能量。然后它们可以再次分散到更高的轨道，然后又掉下来。

随着这个过程的每一次重复，以及每一次围绕黑洞的旅行，光子都会获得能量。这个过程被称为“超辐射”,如果光子最终挣脱出来，与刚开始旅行时相比，它将拥有巨大的能量。

如果有足够多的光子参与到这个过程中，它们可以同时爆发出令人难以置信的能量，成为所谓的“黑洞炸弹”。尽管黑洞本身并没有爆炸，但这种超辐射效应再次显示了黑洞对环境的影响有多大。

吸积盘和喷气机

黑洞引起爆炸的最常见方式，不是通过它们自己的自我毁灭，而是通过它们压倒性的引力的绝对力量。超大质量黑洞位于星系的中心，有时像恒星这样的大块物质会靠得太近。当这种情况发生时，恒星会因潮汐效应而被撕成碎片，而这种撕裂过程会释放出爆炸性的能量爆发。地球上的天文学家可以将这种能量释放视为，短暂但强烈的 X 射线和伽马射线辐射耀斑。

除了撕碎恒星外，这些巨大的黑洞还经常收集成团的物质，这些物质在巨大的吸积盘中不断地围绕它们旋转。吸积盘的温度达到万亿度，使它们成为宇宙中最亮的物体——一个发光的盘可以有同时超过一百万个星系。

在最强大的情况下，这些吸积盘会卷起电场和磁场，将一些吸积盘材料集中在黑洞周围，并以长而薄的喷流形式喷出可达数万光年。

虽然这些喷射在技术上不算爆炸，但它们仍然非常激烈。