本文参加百家号 #科学了不起# 系列征文赛。
我们来看一下业余天文学家、研究人员及作家Martin Silverant在天文在线上的回答：“
我会分四个部分回答这个问题：
第一，黑洞是什么？第二，黑洞是如何形成的？第三，为什么黑洞会有如此强烈的引力场？第四，黑洞的解剖结构是什么？
首先，黑洞是什么？
黑洞是空间中的一个位置，它的引力场非常强，以至于其逃逸速度超过了光速。这意味着你需要大于光速的速度(在物理上这是不可能的)才能逃离黑洞。
因为没有光可以逃脱黑洞，所以它是黑色的。当然，这不是你衬衫的那种黑色，因为衬衫它的黑色是能够反射光线的。而黑洞，它根本不反射光线，所以它是最黑的。
【下面的图片是对黑洞的一个很好的类比，在黑洞中，超过某一点的水流是如此强烈，以至于再大的速度也不足以逃离它。
这确实是一个相当完美的类比，因为虽然我们不能直接研究黑洞，并且我们也不能观察得到它们或观察它们的内部（我们只能从它们影响周围恒星的引力场中推断出它们的存在，我们可以看到来自流入物质的辐射），但我们可以研究黑洞的类比，其中一个研究霍金辐射(黑洞被认为是一个缓慢蒸发的过程)的类比利用了水流。】
了解了黑洞是什么，我们来聊聊黑洞是如何形成的。
这一切都始于一颗大质量恒星。当恒星将氢聚变成更重的元素时(这一过程被称为热核聚变)，产生的热量会产生一个向外的压力，这会抵消来自重力的内力。本质上，热压可以防止恒星在自身引力下坍塌，只要恒星有燃料熔化并产生热量，热压和重力就是平衡的(称为流体静力平衡)。
在某一时刻，恒星耗尽了燃料，这意味着热压降低，而重力就会占据主导地位。这就是核心塌陷发生的时候。核心塌陷发生之后，有三种情况：末端质量低于钱德拉塞卡极限的太阳质量1.4倍的恒星将坍缩成白矮星，末端质量介于钱德拉塞卡极限和托尔曼—奥本海默—沃尔科夫极限(即TOV极限)之间的恒星将成为中子星，末端质量高于TOV极限的恒星将成为黑洞。这个末端质量与至少25倍于太阳质量的初始质量相关。
【我们不妨假设上图中的恒星有30个太阳质量。当核心坍塌时，会发生一种称为超新星的爆炸，它会将大量物质喷射到太空中。这则是一张真实的超新星图像。
在下面的图像中，你可以看到恒星的初始质量与其结束质量之间的关系。对于一颗初始质量是太阳30倍的恒星来说，它的最终质量大约是4个太阳质量—足以形成一个黑洞。
我在图片上标出了两行，作为如何阅读这幅图片的例子。一颗初始质量为25M☉(太阳质量)的恒星，其末端质量约为2M☉(要记住TOV限制为2-3M☉)。我还用蓝色标记了一颗30M☉的恒星，正如你所看到的，它的末端质量是4M☉。此外，你也可以看到，任何初始质量低于25M☉的恒星都将成为质量为0.88M-1.44M☉的中子星。】
接着，我们不妨研究一下，为什么黑洞会有如此强烈的引力场。
首先，我们要了解一个关键的部分：引力场的强度取决于两个因素，一，物体的质量；二，你离物体的距离有多远。
【我们来看上面的恒星，它的半径比中子星和黑洞大得多。然而，这一比例还远远不够，因为中子星和黑洞远远小于这个比例。虽然太阳的直径为139.14万公里(和1个太阳质量)，但中子星的直径通常约为20公里(大约1.4个太阳质量)，一个质量为3个太阳质量的黑洞被认为被压缩到一个点，尽管在这个质量下它的史瓦西半径(或引力半径)约为8.86公里(直径17.73公里)。稍后，我会更多地谈到史瓦西半径。
这里有三个质量增加，但半径减小的物体。现在，虽然由于质量的不同，这三个物体都有不同强度的引力场，但它们的半径也是至关重要的。如果我们假设这三个物体的质量相同，但大小不同，那么为了使得来自恒星的引力场与来自中子星的引力场相同，你必须在恒星内部。但是，要体验与普通恒星相同的中子星引力场，你需要远离它直到一段距离之外(由中子星周围的黄色圆圈表示)。所以你看，在质量相同但半径较小的情况下，你可以更接近中子星，就像你可以接近普通恒星一样，所以你会在中子星的表面体验到更强的引力场，就像普通恒星上的引力场一样。黑洞有更大的质量和更小的半径(假设是点源)，所以当你接近它时，它的引力场真的很极端。极端到即使是在宇宙中速度最快的光也不能逃逸，就像我们一开始看到的那样。】
最后，我们再来看看，去解剖一个黑洞，它的结构会是什么。
