天文学家 Misty Bentz 希望大家知道，黑洞并不会“吸”。“它们不是在宇宙中四处搜寻并吞噬一切的宇宙吸尘器，”她说。“它们只是像其他任何东西一样利用引力。”
黑洞不是宇宙中的吸管，而是宇宙中一个质量极大、密度极高的区域，任何被其强大引力捕获的东西都无法逃脱。
最近，黑洞成为新闻焦点，从位于我们星系中心的超大质量黑洞附近的“蜂群”，到有史以来观测到的增长最快的黑洞（每两天吞噬的质量相当于我们太阳的质量），再到宇宙黎明时期探测到的最遥远的黑洞。从它们的诞生到遥远未来的潜在消亡，黑洞是我们宇宙中迷人的组成部分。以下是我们目前对它们从始至终的理解。
诞生
恒星级黑洞的生命始于一颗恒星的死亡。当一颗质量至少是太阳10倍的恒星耗尽燃料时，它就诞生了。这颗恒星已经将氢聚变成氦，氦聚变成其他元素，从碳、氧一直到其核心深处的铁。当它拥有了一个沉重的金属核心，它就再也没有东西可以结合在一起了。它走到了生命的尽头，然后爆炸，外层物质在一次猛烈的爆发中飞散，核心则向内坍塌。
“如果中心有足够的质量——太阳质量的三倍——它就会坍塌成一个黑洞。我们称之为恒星级黑洞，因为它们的质量与恒星相似，”乔治亚州立大学的天文学家 Bentz 说。
黑洞的诞生与其形成恒星的死亡之间的联系，在宇宙中是相当普遍的。尤其是恒星和黑洞紧密相连，尤其是在恒星形成速度非常快的宇宙区域。
“在新生恒星形成的地方发现死亡的恒星其实非常普遍，因为质量最大的恒星寿命很短，它们很快就会消失，”Bentz 说。“恒星的寿命取决于其质量。质量最大的恒星寿命要短得多，因为它们燃烧燃料的速度非常快。”
Bentz 将其称为“巨大的回收计划”，黑洞的形成实际上也能激发新恒星的形成。当一群新恒星形成时，其中质量最大的恒星会很快死亡，在其短暂的生命结束时爆炸。“这些冲击波会压缩更多的气体和尘埃，从而引发更多恒星的形成。然后，这些恒星中质量最大的那些会寿命短暂地死亡并爆炸，这将产生新的冲击波并开始形成更多的恒星。这是恒星死亡引发全新恒星诞生的连锁反应，”Bentz 说。
但恒星级黑洞只是整体的一小部分。更为奇特的是超大质量黑洞，它们是巨大的野兽，其起源更为晦涩。它们已被观测到位于包括我们自己的星系在内的星系中心，它们的形成方式似乎与其较小的同类略有不同。
“我们现在看到的超大质量黑洞，其质量是太阳的一百万到十亿倍。但它不是一开始就是这样的，它开始时更小。那么问题是，它们是如何形成的，又是如何变得如此巨大的？”皇后区社区学院的理论天体物理学家 Jillian Bellovary 说。
天文学家知道，超大质量黑洞在非常短的时间内变得非常大，大约出现在130亿年前。Bellovary 说，那时，“我们已经可以看到一些黑洞的质量是太阳的十亿倍。我们知道它们在宇宙早期就存在了，这很奇怪，因为如此小的空间里有如此大的质量，我们想知道它是怎么来的。”
“这有点像先有鸡还是先有蛋的问题，”Bentz 说。“在宇宙非常早期，我们可能只是由于极度高密度区域的直接坍塌而形成了黑洞。也许物质开始发生引力坍塌，然后一直坍塌成一个黑洞，而实际上并没有形成恒星或其他什么。”
另一种可能性是，超大质量黑洞可能起源于早期星系，作为较小的黑洞在婴儿星系的中心形成并合并。
Bellovary 说，这些早期超大质量黑洞的前身很可能是中等大小的，并且比普通的恒星级黑洞要大，否则它们将无法在如此短的时间内迅速增长，形成我们所观测到的早期宇宙中的庞然大物。
“超大质量黑洞必须获得某种‘跳跃式’的开始，它形成时不能太小，否则将没有足够的时间变大。所以它形成时必须是中等大小的，”Bellovary 说。
研究人员仍在试图弄清楚这些早期黑洞是如何从早期宇宙的热气体和尘埃中形成的。通常情况下，当这样的物质聚集在一起时，会形成恒星。所以，早期宇宙的化学性质可能有所不同，才有助于点燃最初的黑洞。
“早期宇宙中的气体可能只由氢和氦组成，因为那是大爆炸中产生的唯一元素，其他一切都是在恒星内部产生的。如果你还没有恒星，你就无法拥有其他元素，”Bellovary 说。早期宇宙的化学性质，以及气体的运动或缺乏运动，可能都触发了早期黑洞的形成。
成长
黑洞的大小并非一成不变。它们之所以有（不应得的）“吸力”之名，是因为落入其中的物质永远无法逃脱，而是被添加到黑洞的总体质量中，使其不断增长。
“无论落入它的是气体，还是被撕裂后落入的另一颗恒星，或者被撕裂后落入的行星——任何进入的东西都会增加黑洞的质量。这个吸积过程，即在很长一段时间内吞噬微小物质，是黑洞在宇宙历史中增长的一种方式，”Bentz 说。
“我们认为它们最有效率的增长方式是吞噬气体或吸积气体，”Bellovary 说。“气体像水流过浴缸的排水口一样落入黑洞：它会旋转并进入排水口。气体在黑洞中也类似。它受到黑洞的引力吸引，但它在运动，所以它开始围绕黑洞形成一个薄盘，最终落入其中。”
吸积气体可能是最有效的增长方式，但黑洞也并不回避合并。黑洞之间的碰撞最终以两个看不见的质量合并而告终，科学家们可以通过先进激光干涉引力波天文台（LIGO）观测到这一点。LIGO 在2015年首次探测到两个黑洞合并产生的引力波（发布于2016年）。
“这是我们第一次能够学习到不涉及光线的东西。我们以前一直依赖光和我们的眼睛。没有光，我们就不会了解宇宙的任何东西。光对我们很好，但这是我们第一次能够看到用光无法看到的东西，比如合并中的黑洞，”Bellovary 说。“没有引力波，我们就永远不知道会发生什么。”
在超大质量黑洞和恒星级黑洞之间存在一个巨大的尺寸差距，按理说应该存在中间质量黑洞——中等大小的、符合“金发姑娘”标准的黑洞，它们正好介于其较小和较大的表亲之间。
唯一的问题是，研究人员尚未观测到它们。
这并不意味着中间质量黑洞不存在，许多研究人员正在积极寻找它们。但与附近恒星级黑洞（天文学家可以观察到它们撕裂恒星）或超大质量黑洞（吸积大量气体和尘埃，使其落入的粒子碰撞发出的光比宇宙中任何其他东西都亮）不同，它们很难用可见光探测到。
“对于中间质量黑洞来说，它们的引力不够大，发出的光也不够亮，”Bentz 说。它们预计在X射线波长发光更强，但宇宙中已经有其他物体在该特定光谱中占主导地位。
“很难将它们与其他物体区分开来，”Bentz 说。“它们可能就在那里，只是我们很难找到那些我们可以确切地说‘哦，这肯定就是那个了，大家都信服’的例子。”
死亡
无论大小，黑洞在其存在过程中都会经历特定的阶段——诞生、成长。但它们能死亡吗？斯蒂芬·霍金认为这可能是一种物理机制，现在被称为霍金辐射。
其思想是，如果一个黑洞孤零零地存在（不再吸积物质），它最终会被亚原子粒子“磨损”。Bentz 解释说，大致过程是这样的：在宇宙的各个地方，成对的亚原子粒子会与另一个粒子紧挨着出现。这对粒子的一半是粒子，另一半是反粒子，通常在它们出现后不久，它们就会相互碰撞，再次消失成能量。
“这只是能量转化为质量，再转化为能量，不断出现又消失，”Bentz 说。“如果这种情况发生在黑洞附近，而且这对粒子中的一个在黑洞内部，另一个在事件视界之外，而外部的那个能够逃离事件视界——那么它就从黑洞窃取了一点能量，然后可以带着这些能量逃走。”
如果这个过程反复发生，而没有更多的物质加入黑洞，最终就可以将整个黑洞辐射掉。但对于黑洞——无论是恒星级还是超大质量，抑或是介于两者之间的——即使是造成一点点影响也需要巨大的时间。
“宇宙至今尚未有足够长的时间让黑洞死亡，即使你在宇宙开始时就创造了一个。要等到大约10^54年，第一个黑洞才会开始死亡，”Bentz 说。
巨大的时间尺度和超大质量黑洞与亚原子粒子之间巨大的尺度差异意味着，霍金辐射从黑洞的缓慢泄漏是无法直接观测到的。实验室中的实验（在黑洞模拟器上）表明斯蒂芬·霍金的理论很可能是正确的，但关于黑洞存在的潜在终结，我们仍然知之甚少。
未解之谜
事实上，关于黑洞的普遍知识仍然有很多不足，但像 Bentz 和 Bellovary 这样的研究人员正在努力填补我们理解中的这些巨大空白。
Bentz 正在研究遥远星系中心超大质量黑洞的最大质量能达到多大。她还在研究黑洞的大小与它们所在星系特性之间的相关性。她希望她的观测能为计算机模型提供信息，帮助人们了解黑洞如何随时间发展，并回答有关宇宙形成的问题。
Bellovary 正在研究激光干涉仪空间天线（LISA）项目，这是一个计划在2030年代实施的任务，届时将有三艘航天器相距250万公里，在地球轨道后方运行。这将是一个太空引力波探测器——类似于LIGO，但专注于超大质量黑洞的合并，而不是恒星级黑洞的合并。
“我对此感到非常兴奋，因为它将使我们能够了解我们用光永远无法看到的事物，并教导我们黑洞如何增长，它们合并的频率如何，它们是通过相互碰撞获得质量还是通过吸积气体获得质量，它们是如何形成的，有多少个，是否存在我们看不到的地方——所有这些都是我们永远无法用光来回答的问题，”Bellovary 说。
黑洞引人入胜、庞大且仍然非常神秘，但研究人员有一点是肯定的。“它们并不危险。没有一个靠近我们，我们不必担心它们，”Bellovary 说。“还有许多其他事情需要担心。”
Bentz 强烈赞同。“它们是极端的，但并不可怕，”她说。当面对人们担心黑洞在银河系中四处吞噬世界和星系的恐惧时，她喜欢指出，如果我们把太阳替换成一个质量完全相同的黑洞，地球的轨道不会有太大变化。“地球会像以前一样继续绕着它运行。只是会变得非常黑暗和寒冷。我们必须掉进黑洞才能被吞噬——如果我们掉进太阳，那也会非常糟糕。”
“黑洞离我们太远了，所以它们并不危险。只有当你靠近一个时才危险——那时就太晚了，”Bellovary 说。
