为什么我们叫它黑洞,而不是黑星或暗星?

为什么我们说“黑洞”而不是“黑星”或“暗星”:这个名字背后的历史和物理原因。

直接答案

我们叫它黑洞,是因为这个名字描述了广义相对论的预言:一个引力强到连光都无法逃逸的区域,而形成它的物质会坍缩成一个点(奇点),而不是继续作为一颗恒星存在。较早的“暗星”一词指的是一个假想天体,其逃逸速度等于光速,但它仍被想象成一个类似恒星的球体,而不是空间中的一个坍缩空洞[2]。现代的“暗星”则是一个完全不同的概念——由暗物质而非核聚变提供能量的恒星——所以用这个名字来指黑洞会造成混淆[1][3][4]。

5篇文献引用

本文由 WisPaper 驱动的搜索和论文分析生成。

旧的“暗星”是一颗恰好很暗的恒星

18世纪,约翰·米歇尔和皮埃尔-西蒙·拉普拉斯设想了一种质量极大的天体,其逃逸速度等于光速。拉普拉斯把这样的球体称为“暗星”[2]。这幅图景完全是牛顿式的:一颗恒星——一个致密的物质球——其引力强到光无法爬出来。这个天体在通常意义上仍然是一颗恒星,只是一颗看不见的恒星。

那个早期想法抓住了“暗”的部分,却漏掉了“洞”的部分。它描述的是一个光无法逃逸的表面,但并没有暗示空间本身被刺穿,也没有暗示物质已经坍缩成奇点。因此,“暗星”一词描述的是一颗具有极端性质的恒星,而不是一种根本全新的天体。

广义相对论把暗星变成了空间中的洞

当爱因斯坦的广义相对论取代牛顿引力后,图景改变了。施瓦西解(最简单的黑洞解)的数学表明,在某个半径——事件视界——处,空间和时间的几何弯曲得如此厉害,以至于任何信号都无法逃逸。在该视界内部,形成该天体的物质被预言会坍缩成奇点,一个密度无限大的点,已知物理定律在那里失效[2]。

这就是“黑洞”流行起来的原因:它同时传达了黑暗(没有光逃逸)和洞(一个有去无回的区域,而不是固体表面)。这个词在20世纪60年代流行开来,但它所指的概念是广义相对论的概念,而不是牛顿式的暗星。旧词在当时并没有错,但它描述的是一个不同的理论天体。

今天的“暗星”完全是另一种恒星

在现代天体物理学中,“暗星”已被重新使用。它现在指的是一种假想的第一代恒星,由暗物质湮灭而非核聚变提供能量[1][3]。这些暗星可以长到极大的质量——可达约10万倍太阳质量甚至更多——然后坍缩成黑洞,成为超大质量黑洞的种子[1][4]。它们被称为“暗”,是因为其能量来源是暗物质,而不是因为它们看不见。

因此,用“暗星”来指黑洞会与这个活跃的研究含义冲突。暗星是一颗恒星(一个由暗物质提供能量的、发光的流体天体),而黑洞是这类恒星坍缩后留下的残骸[4]。两者相关但属于不同阶段,现在的术语把它们区分开来。

一些物理学家认为“黑洞”这个名字有误导性——但那是另一场争论

最近一篇论文认为,标准黑洞图景在理论上不一致,并提出了一种名为“黑星”的新模型——具有连续视界堆叠而非奇点的流体天体[5]。这是对物理学的挑战,而不是旧“暗星”标签的复活。作者所说的“黑星”不同于拉普拉斯的暗星,也不同于暗物质驱动的恒星;它是作为黑洞本身的一种拟议替代。

所以命名问题有两层。从历史上看,“暗星”是一个更早的牛顿式概念,已被广义相对论取代。今天,“暗星”在天体物理学中意味着别的东西,而“黑星”是少数批评黑洞理论的人使用的术语。“黑洞”仍是标准名称,因为它最好地抓住了广义相对论的预言:一个无法逃逸的区域,而不是一颗恒星。

本文引用的文献

1

暗星播种超大质量黑洞产生的弥漫中微子信号

由暗物质驱动的暗星可能播种超大质量黑洞,并产生可观测的弥漫中微子信号。

2

黑洞还是暗星——从广义相对论理论能得出什么

历史上的“暗星”指的是逃逸速度等于光速的牛顿式球体,与广义相对论的黑洞不同。

3

对超大质量暗星及其黑洞残骸的多信使约束

超大质量暗星及其黑洞残骸可能对弥漫伽马射线和中微子背景有贡献,从而提供多信使约束。

4

通过暗星引力不稳定性早期形成超大质量黑洞

暗星可以通过引力不稳定性增长到超大质量尺度并坍缩成黑洞,为更大的超大质量黑洞播种。

5

宇宙2.0:黑洞?不。黑星!

一项理论批评认为黑洞不一致,并提出“黑星”作为具有连续视界而非奇点的新模型。