第176章 黑洞（一）（1 / 2）
做完《人类登月》，李水旺开始做视频《黑洞》：
黑洞是宇宙中最神秘且迷人的天体之一，它们是大质量恆星演化后的残骸，引力极强，连光都无法从中逃逸。儘管黑洞常被描绘成毁灭星球的 “刽子手”，但近期的科学推测表明，在特定条件下，黑洞或许能成为孕育生命的宇宙摇篮。实际上，在 “时间尽头的文明” 系列內容中，我们曾设想黑洞可能是宇宙末期后生物生命的最后避难所。但在如今的宇宙时代，让我们试想一颗围绕 “黑太阳” 运行的行星 —— 这颗行星在黑洞的引力与辐射环抱中繁荣存在，在那里，时间流逝速率异於常態，能量来源並非星光，而是源自黑洞自身极端的物理过程。这样的星球是否真的可能存在在事件视界永恆的阴影之下，生命又会呈现出怎样的形態
我们或许会问，这类行星是否普遍存在答案令人惊讶 —— 確实可能存在。仅在我们的银河系中，这类行星的数量就可能多达数千颗，甚至数百万颗。
据估算，银河系中恆星数量介於 1000 亿到 4000 亿颗之间。具体数量取决於我们对 “恆星” 的定义，以及如何界定银河系的边界。这些恆星中，绝大多数比太阳亮度更低、质量更小，因此它们的寿命也远长於太阳。事实上，这些较小质量的恆星几乎都尚未走到生命尽头，也就无从成为恆星残骸。
並非所有恆星死亡后都会形成黑洞，实际上，能形成黑洞的恆星少之又少。在银河系中所有已死亡的恆星里，约有 100 亿颗被认为演化成了红巨星。这些红巨星最终会在行星状星云中拋射掉约一半的质量，剩余的核心则坍缩成超高密度的白矮星。白矮星的质量通常约为其母星原始质量的一半，却被压缩到与地球大小相当的体积。
大多数白矮星源自质量大於太阳的恆星，因为质量较小的恆星寿命更长。因此，截至目前，只有那些质量与太阳相近或略小的古老恆星，才有足够的时间完成其生命周期。与之相反，质量大到足以以超新星爆发形式终结生命的恆星，寿命则要短得多。儘管这类恆星在所有已存在的恆星中占比不足 1%，但它们的演化归宿却备受关注。
在这些超新星前身星中，寿命最长的是质量约为太阳 8 倍的恆星，它们会在 1 亿年內燃尽消亡。这一寿命还不到太阳预计 100 亿年寿命的 1%，也只是当前宇宙年龄的一小部分。而像 o 型星和 b 型星这样的大质量恆星，寿命可能仅有几百万年，甚至更短。
並非所有 b 型星都会发生超新星爆发，因为它们的质量最低仅略高於太阳的 2 倍。而且，隨著恆星质量的增加，超新星爆发事件的发生概率反而会逐渐降低。这类大质量恆星本身就较为罕见，即便走向死亡，多数也会形成中子星，而非黑洞。
据估算，银河系中可能存在多达 10 亿颗中子星，但实际数量或许更接近这一数字的一半。与它们的母星相比，中子星的亮度要低得多，並且会隨著时间的推移逐渐冷却。不过，即便亮度不断降低，作为恆星残骸，中子星的寿命仍远长於其母星短暂而炽热的生命。
o 型超巨星是质量最大且最为罕见的恆星，它们最终都会以超新星爆发的形式终结，其中质量更大的 o 型超巨星死亡后，留下的可能是黑洞而非中子星。这些黑洞的存在时间会远超其母星 —— 恆星本身或许仅能存在 100 万年，而它们留下的黑洞残骸，相对而言却几乎是永恆的，其寿命可长达 10 的 35 次方年（百万亿亿亿亿年）。
通过吸收邻近的恆星、气体云甚至其他黑洞，一些黑洞的质量会不断增长，最终可能达到最小黑洞（质量仅为太阳几倍）质量的数百倍、数千倍乃至数百万倍。黑洞的寿命与其质量的三次方成正比：质量为太阳 10 倍的黑洞，寿命会是太阳质量黑洞的 1000 倍；质量为太阳 100 万倍的黑洞，寿命则会是太阳质量黑洞的 10 的 12 次方倍（万亿亿倍）。
若史蒂芬?霍金的理论正確，终有一天，这些黑洞会释放出被称为 “霍金辐射” 的微光。在黑洞蒸发的过程中，围绕其存在的生命或许能依靠这种辐射存活。但这一遥远的未来並非我们今日关注的重点。
据估算，我们的银河系中可能存在多达 1 亿个黑洞，而在可观测宇宙中，黑洞的数量更是高达千万亿个。此外，根据一些理论，宇宙中可能存在原始黑洞 —— 这些黑洞是宇宙诞生初期（即宇宙尚处於新生阶段）遗留下来的小型黑洞，数量可能颇为庞大。
有理论认为，每一个新黑洞形成时，都可能在其另一侧创造出一个新的宇宙。在这个新宇宙中，或许会像我们的宇宙一样，孕育出生命。若该理论成立，那就意味著黑洞 “宇宙毁灭者” 的名声实在名不副实，事实上，它们或许是新宇宙的 “孵化器”，正如我们所处的宇宙可能也是这样诞生的。
当然，在宇宙走向尽头时，这些黑洞以及孕育它们的超新星，正是构成生命所需物质的重要来源。
中等质量黑洞（介於恆星级黑洞与超大质量黑洞之间）更为罕见，而超大质量黑洞则更为稀少。当设想行星围绕不同类型黑洞运行的场景时，每种黑洞都有其独特的考量因素。因此，今天我们將探討六种不同的场景：
1. 一颗普通黑洞，周围有一颗行星围绕其运行
2. 一颗普通黑洞，伴有一颗伴星（双星系统），且有一颗行星围绕该双星系统运行
3. 一颗黑洞，伴有一颗已死亡的伴星（如白矮星或中子星）
4. 一对双黑洞，周围有一颗行星围绕其中一个黑洞或两颗黑洞运行