《黑洞之书》第五章：宇宙中的黑洞

20世纪六七十年代，天文学家发现了类星体和X射线双星两类新天体，如今被认为是黑洞的所在。

20世纪六七十年代，天文学家发现了类星体和X射线双星两类新天体，如今被认为是黑洞的所在。以天鹅座X–1为例，X射线双星由一颗可见恒星和一颗不可见伴星组成。通过观测可见恒星谱线周期性的红移与蓝移（多普勒频移），可推知双星的轨道参数；结合开普勒定律可得两星质量之和的下限，再由恒星演化理论根据可见恒星的温度与光度估算其质量，从而算出伴星质量约为15倍太阳质量。恒星靠核聚变产生的热压对抗引力，聚变进行到铁核为止；质量较小的恒星最终靠电子简并压力支撑为白矮星。铁核超过约1.4倍太阳质量的钱德拉塞卡极限后坍缩，引发超新星爆发并形成中子星；中子星也有质量上限（TOV极限），超过后按广义相对论必然坍缩成黑洞。天鹅座X–1的伴星质量远超这些上限，又不可能是暗物质构成的暗星，此外它周围的吸积盘产生的强X射线辐射及准周期振荡也与黑洞解释一致。2015年LIGO探测到黑洞合并的引力波，进一步排除了其他解释。

类星体是遥远而明亮的活动星系核，中心是数百万至数十亿倍太阳质量的超大质量黑洞。1969年林登·贝尔提出其辐射同样来自吸积盘：物质落入时释放引力势能，效率可达静能的6%（不自旋）至42%（最大自旋），远超核裂变。没有活动星核的星系中也存在休眠的超大质量黑洞，如银河系中心的人马座A*（约400万倍太阳质量），由近旁恒星的轨道运动推知。超大质量黑洞的形成尚无定论：或由第一代恒星坍缩后吸积、合并长大，但难以解释早期宇宙中已存在的巨大黑洞；或源自更早的"原初黑洞"，也无定论。最后，视界面望远镜利用全球射电望远镜的干涉测量，已拍到人马座A*和M87星系黑洞的"阴影"图像——由于光线在强弯曲时空中偏折，吸积盘图像变形，中心呈现暗区。