黑洞会长大吗？如果会，它是如何长大的？

黑洞会长大吗？如果会，它是如何长大的？

一般对黑洞的印象是引力非常强大，贪得无厌，没有东西逃得过黑洞的引力，黑洞会把所有东西都吞食下去！不过真的是这样吗？

黑洞的想像图。图片来源：NASA/Goddard Space Flight Center/CI Lab

被喂大的黑洞

黑洞长大的速度是相当慢的，比较像是细嚼慢咽的吃东西，不会一口气吞掉一整颗恒星。而且绝大部分的恒星质量黑洞都是被喂大，并不是自己主动去争抢食物。

以两个水池为例，说明黑洞如何从伴星获得质量，下图中左边水池代表黑洞，右边水池代表绕黑洞运行的伴星，两个水池之间有一水道相连。

两个水池的剖面图，水池之间有水道相连，左边水池象征黑洞，而右边水池代表黑洞的伴星。右边水池的水要如何移到左边水池呢？第一种方式，右边水池的水满过水道；第二种方式是从右边水池泼水过去。制图：李昫岱

虽然左边水池比右边水池还要深，但是右边水池的水并不会自然的流到左边。黑洞也是一样，即使黑洞的引力很强，不过并不一定会把伴星的物质吸过去。那么什么样的情况右边水池的水会流到左边水池呢？

第一种方式是右边水池的水满到水道的高度，水就会从右边水池流向左边。黑洞和一颗小质量伴星的情况中，当小质量伴星演化到末期，伴星会膨胀成红巨星，伴星膨胀后，物质就会自然地流向黑洞，就像水池里的水满过水道一样。

第二种方式是从右边水池泼水到左边水池。这种情况会发生在黑洞和大质量伴星的系统，大质量伴星会发出强烈的恒星风，把物质吹向黑洞，这就像是从右边水池泼水到左边水池。

这两种方式都是恒星质量黑洞长大的方式，黑洞并不会主动掠夺伴星的物质，而是被伴星喂大的！

慢条斯理而非狼吞虎咽

前面提到的两种黑洞长大的方式，伴星提供的物质并不会直接掉进黑洞，而是先在黑洞外围形成吸积盘，再慢慢从吸积盘掉进进黑洞。

黑洞伴星的物质会先在黑洞周围形成吸积盘，再慢慢掉入黑洞。影像来源：NASA/ESA

吸积盘上的物质其实并没有那么容易掉进黑洞，吸积盘就像土星环一样，土星环上的物质也绕着土星运转，它们只会绕着土星运行，而不会掉进土星。这也和太阳系里的行星很类似，行星以圆形的轨道绕太阳运行，但是不会掉进太阳。那么吸积盘上的物质要如何掉进黑洞？

以低轨道人造卫星为例子来说明，低轨道人造卫星原本绕着地球运行，但是受到上层稀薄大气层的摩擦，速度会渐渐变慢，让人造卫星慢慢靠近地球，最后掉入地球烧毁在地球大气层里。

吸积盘上的物质跟人造卫星掉入地球类似，靠近黑洞吸积盘内侧的物质绕黑洞的速度会比外侧的物质快，因为速度不一样所以会产生摩擦，物质之间的摩擦让吸积盘上的物质转速变慢，让物质更靠近黑洞，最后掉进黑洞里。

吸积盘上的物质会因为摩擦而产生高温，高温的吸积盘甚至会发出强烈的X射线和伽玛射线，所以科学家通常会用X射线和伽玛射线望远镜去发现、寻找黑洞。

吸积盘上的物质愈靠近黑洞旋转的速度愈快，因为物质的速度不一样所以会产生摩擦，摩擦产生高温会让吸积盘发出X射线。制图：李昫岱

文章来源：屋顶上的天文学家