黑洞概念被提出以后的幾十年里，黑洞物理逐漸成為天體物理學(xué)的一個前沿?zé)衢T話題。那么黑洞是如何形成的呢？這個話題需要從恒星的演化與引力塌縮談起。
通過指向空中的望遠(yuǎn)鏡可以發(fā)現(xiàn)，數(shù)以千億計(jì)的恒星各式各樣，它們不僅光度不同，而且顏色各異。這里的光度是指恒星的絕對光度，即反映恒星在單位時間內(nèi)釋放出的光能。從絕對光度可以估算出恒星的體積，而恒星的顏色則反映了它們具有不同的表面溫度。1907年，丹麥天文學(xué)家赫茲普隆發(fā)現(xiàn)，恒星的顏色和光度之間存在一定的統(tǒng)計(jì)關(guān)聯(lián)，并于1911年將測定的銀河星系團(tuán)中的幾個恒星的顏色和光度畫在同一張圖上，用表面溫度作為橫軸，光度作為縱軸，如下圖所示?？梢园l(fā)現(xiàn)，大多數(shù)恒星都集中在圖上一些特定的小區(qū)域內(nèi)。在1913年，美國天文學(xué)家羅素通過研究下圖中鄰近恒星的光度與表面溫度的關(guān)系，也獨(dú)立地得到了類似的結(jié)果，因此，這一關(guān)聯(lián)圖被稱作赫羅圖，簡稱H-R圖。
從H-R圖中能夠清晰地體現(xiàn)出恒星的演化過程。如上圖所示，絕大多數(shù)恒星都聚集在H-R圖中從左上方到右下方的一條傾斜的窄帶上，因此這條帶被稱作恒星的主序列，相應(yīng)的恒星被稱為主序星。光度大的主序星表面溫度高，顏色偏藍(lán)，位于主序列的左上部；光度小的則表面溫度低，顏色偏紅，位于主序列的右下部。太陽位于主序列的中部，是黃色的恒星。主序列的右上方有低溫而巨大的紅巨星，左下方有形體小而高溫的白矮星，它們屬于恒星演化的不同階段。若給每一個溫度范圍定義一個光譜型，從高溫的藍(lán)星到低溫的紅星，依次分為O，B，A，F(xiàn)，G，K，M七個光譜型，其中太陽屬于黃色的G型，其表面溫度約為6000開爾文。
另外，還有其他少數(shù)恒星位于主序列之外的一些特定區(qū)域內(nèi)，它們分別被稱作紅巨星、超巨星和白矮星等。從H-R圖中還可以看到，等R(半徑)線是向右下方傾斜的直線，即右上方是恒星半徑增大的方向，所以巨星都是半徑很大但溫度很低的恒星，而半徑小溫度高的白矮星則位于主序列的左下部。
恒星的一生是在同引力的斗爭中度過的。恒星內(nèi)每一個氣體原子都受到拉向中心的引力，如果恒星沒有內(nèi)部壓力對抗這種吸引，這顆星就會向內(nèi)塌縮，所有原子落向中心而形成黑洞。因此，恒星賴以生存的條件是星體內(nèi)部存在與引力相抗衡的壓力。
彌漫于銀河系中的星際物質(zhì)(塵埃和氣體，主要由氫和氨組成)，在萬有引力作用下，塌縮變熱，點(diǎn)燃熱核反應(yīng)成為主序星。在主序星階段，恒星主要是靠輻射產(chǎn)生的向外膨脹的壓力與引力塌縮產(chǎn)生的向內(nèi)的壓力達(dá)到平衡來維持的。以太陽為例，在主序星階段，太陽的核心溫度高于4×10^6開爾文，一連串反應(yīng)使核心內(nèi)的四個氫原子結(jié)合成一個氨原子并放出巨大的能量。太陽的含氫量極為豐富，它是一顆巨大的緩慢燃燒的氫彈，至今已燃燒了約45億年。在氫燃燒期間，太陽暫時(約90億年)停止了塌縮。然而，太陽的氫燃燒終究是有限的，一旦耗盡，由中心產(chǎn)生的能量已經(jīng)不多，再沒有足夠的力量來承擔(dān)起外殼巨大的重量。所以，在外殼的重壓之下，核心開始塌縮而進(jìn)一步致密和升溫，產(chǎn)生的能量補(bǔ)充恒星發(fā)光損失的能量，而進(jìn)入紅巨星階段。此后，質(zhì)量不同的恒星將有各自不同的命運(yùn)，大質(zhì)量的恒星在主序星階段停留的時間短于小質(zhì)量的恒星停留的時間。
如果恒星的質(zhì)量小于錢德拉塞卡極限(1.4倍太陽質(zhì)量)，則核心物質(zhì)被壓縮到電子也互相緊靠在一起，進(jìn)而產(chǎn)生巨大的電子簡并壓，這種簡并壓足以抵抗恒星的進(jìn)一步塌縮，最后穩(wěn)定下來，成為小而高密、高溫的白矮星。而中等質(zhì)量的恒星，電子被擠壓得使其簡并壓也抗衡不住引力，進(jìn)一步塌縮，將中子擠壓到互相緊靠而產(chǎn)生中子簡并壓，中子簡并壓抗衡了引力塌縮而穩(wěn)定下來并形成中子星。中子星的最大質(zhì)量不能大于奧本海默極限。對于質(zhì)量大于25倍太陽質(zhì)量的恒星，當(dāng)它們演化成中子星后其體積將大于中子星的最大體積，因此會再次發(fā)生塌縮，當(dāng)它們的半徑收縮到一定程度時，巨大的引力使得即使光也無法向外射出，從而形成黑洞。
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