作者：文/虞子期
在許多電影場景中，黑洞都被描述為通向另一個維度的時空隧道，視線中的一切都會被這個宇宙吸塵器一樣的物體吸走，但這樣的描述卻讓它們變得更加神秘而不容易被人理解。但事實上，黑洞也因為不同的屬性特徵而被劃分為不同的類型，比如，當恆星進化到終點時所形成的恆星型黑洞。當一顆高達太陽質量數十倍的恆星，在耗盡內部的所有能源之後，便會在之後的坍塌過程中形成一個恆星型黑洞。那麼，這些無法直接觀測到的恆星型黑洞，科學家們是通過怎樣的方式找到的？其史瓦西半徑又是如何通過逃逸速度計算得出，我們的地球有可能被黑洞吞噬嗎？
宇宙中的恆星型黑洞是什麼樣子的
相對而言，恆星型黑洞的直徑一般只有幾千米到幾十公裡，由於其本身太小以至於無法觀察到逃逸現象。我們只能在一顆恆星或星際物質向黑洞靠近的時候，觀察到可能會發生物質積聚於黑洞的現象。因為，當恆星型黑洞中有物質掉落的時候，動能會在被加熱的同時受到潮汐力的擠壓，由於加熱而被電離的原子在達到數百萬開爾文的時候會發出X射線。
一般情況下，科學家們會更傾向於在二進位X射線源區域尋找黑洞的蹤跡，因為，黑洞入射物質最理想的來源之一便是伴星，並且，此類雙星系統更利於對目標黑洞進行質量估算。我們都知道，中子星和太陽質量之間大概是1.5：1的樣子，而一旦確定目標物體的質量，便有利於我們確定它到底是黑洞、還是中子星。
與此同時，我們還需要觀察目標物體發出的X射線變化情況，因為落入黑洞的物質，並不會山發出穩定的X射線輻射，相反還會呈現出零星散落的趨勢，從而導致了其發出的X射線出現了強弱的變化。比如，已知的黑洞「候選者」天鵝座X-1，便是一個具有可變高度的不規則光源，它的X射線大約會在每百分之一秒左右閃爍一次，位於天鵝座X-1周圍的發射X射線的區域較小。
其伴星HDE 226868是表面溫度達到31000K的超巨星，從光譜數據來看，其光譜線振蕩周期大約為5.6天。從質量光度關係這個層面來看，其質量被估算為太陽30倍左右，而天鵝座 X-1的質量則至少達到7倍太陽質量，不然不足以施加足夠大的引力，以引起HDE 226868光譜線的擺動。當然，也存在一些其他的估算方式，並將天鵝座X-1的質量提高到16倍太陽質量。但是，僅僅是7倍太陽質量就已經足夠大，這樣的物體註定無法形成白矮星或中子星，所以，科學家們能夠得出它一定是黑洞的結論。
恆星型黑洞史瓦西半徑的推導依據
簡單來說，只要是擁有質量屬性的物體，理論上都存在一個臨界半徑特徵值，它被科學家們稱為史瓦西半徑。物體的質量與史瓦西半徑值成正比，比如，地球具有的史瓦西半徑值為9毫米左右，而我們的太陽則具有3千米左右的史瓦西半徑值。
而黑洞，其實就是一種實際半徑小於史瓦西半徑的物體，對於沒有自轉行為的黑洞而言，史瓦西半徑會形成一個被稱為視界的球面結構。有一個基本事實我們需要清楚，人類可以觀測到的是史瓦西半徑，而不是黑洞的實體半徑。而位於我們銀河系中心的超大質量黑洞，便擁有780萬千米左右的史瓦西半徑值。
事實上，科學家們是從逃逸速度的公式衍生出史瓦西半徑的計算方法，簡而言之，當一個具有特定質量的物體被壓縮到了這個半徑值以內，那麼，任何已知的作用力都無法阻止這個物體被壓縮成黑洞。當黑洞的逃逸速度大於目標物體的移動速度，那麼，無法逃脫引力束縛的物體就會被黑洞吸入，而導致其不能再回到星際空間之中。
科學家們通過萬有引力公式、牛頓第二定律得出天體表面的重力勢能，再由物體的動能、物體逃脫天體的引力得出半徑的臨界值。簡單來說，天體的史瓦西半徑值，其實就是當逃逸速度等於光速的時候所計算出的半徑值。我們可以從史瓦西半徑了解到，任何一個半徑小於史瓦西半徑、且有重力屬性的天體，其最終的命運都是坍塌成為一個黑洞，時空曲率讓其將所有靠近的物質都吸入該天體的中心。
如何計算恆星型黑洞的史瓦西半徑值
很多時候，人們會習慣性地將黑洞比喻為宇宙中的真空吸塵器，但是這樣的描述方式並不正確。比如，倘若我們的太陽這顆普通的恆星，變成了質量相同的黑洞，也不會對地球圍繞太陽運行的軌道產生太大影響。星體類型變化所導致的直接性後果，便是地球上的溫度會發生巨大變化，因為，這顆星球不會再受到太陽電磁風暴和太陽風的影響。當然，此時可能有人要擔心地球會不會被吸入黑洞之中。
雖然，即使是光速也不能從黑洞中逃逸，但事實上，地球必須在所謂的史瓦西半徑（Schwarzschild半徑）內穿過，才能夠被黑洞吸入其中。而所謂的史瓦西半徑則需要通過逃逸速度的公式來進行計算。而這個計算的過程也比較簡單，首先，我們會用到逃逸速度的公式，對於光子或無質量物體而言，接下來我們可以將c（光速）代入V esc，然後計算得出目標恆星型黑洞的Schwarzschild半徑R值為多少。
v esc =（2GM / R）1/2
R = 2GM / c 2
為了大家可以對這個公式有更具象的理解，我們可以用自己所在的太陽系來舉例。比如，當一個質量與太陽相等的黑洞，替換了我們星系中太陽的存在。那麼，具有70公裡半徑的黑洞，其史瓦西半徑值則為3公裡。簡而言之，當地球和這個太陽質量相同的黑洞距離保持在3公裡以內的時候，便會被這個太陽系中心的黑洞吸入其中。也就是說，只有在這個距離值之外，才能讓這顆星球上的所有生物免於災難，所以，地球現在處於的位置，並沒有被黑洞吞噬的風險。