恆星黑洞
恆星黑洞（Stellar black hole）是一種大質量恆星（20倍太陽質量，但其真實質量並未證實，而且也取決於其他變數）重力坍塌後所形成的黑洞，可以藉由伽瑪射線暴或超新星來發現它的蹤跡，其質量是五至數十倍的太陽質量。目前已知質量最大的恆星黑洞是15.65±1.45倍太陽質量。另外，也有証據證明IC 10 X-1 X-ray是一個擁有24至33倍太陽質量的恆星黑洞。
根據廣義相對論，可以存在任何質量的黑洞。質量越少，形成黑洞所需的密度就越高（參看史瓦西半徑）。直至目前為止，還沒有發現任何可以製造少於1太陽質量的黑洞方法。但如果它們存在，它們極有可能是微黑洞。
恆星的重力坍塌是一個形成黑洞的自然過程。當恆星壽終正寢時，即所有能量耗盡後，重力坍塌是無可避免的事態。如果恆星的坍塌質量低於臨介值時，將會生成白矮星或中子星的緻密星。這些星體擁有最大的質量，所以，如果緻密星的質量超過此臨介值時，重力坍塌會繼續，以致出現重力奇異點，形成黑洞。雖然還沒證實到中子星的最大質量，但估計也有3倍太陽質量。直至目前為止，質量最小的黑洞大約有3.8倍太陽質量。[1]
另外，也有觀察証據證明有兩種質量比恆星黑洞更大的黑洞，它們是中介質量黑洞（位於球狀星團的中心）和超大質量黑洞（位於銀河系和活動星系核的中心）。
一個黑洞最多只能擁有以下三個特性：質量、電荷和角動量（旋轉）。所有自然生成的黑洞都會旋轉，但並沒有確實觀察旋轉狀況。恆星黑洞的旋轉是因為恆星的角動量守恆而造成的。
X射線聯星系統中的觀察質量
當物質從黑洞的伴星轉移至黑洞時，在聯星系統中的黑洞是可以觀測到的。掉落至緻密伴星的質量釋放出的能量是如此的巨大，使物質的溫度升高至數億度的高溫並輻射出X射線；因此可以用X射線觀察黑洞，而伴星可以用光學望遠鏡觀察。從黑洞和中子星釋放出來的能量有相同的數量級，使黑洞和中子星經常難以區分。
但是，中子星還有其他的特性。它們顯示出微差自轉，並且有磁場和呈現局部的爆炸現象（熱核爆炸）。每當這些特性被觀測到，就可以判斷密接聯星的伴星是中子星。
推導出的質量來自對緻密X射線源的觀測（結合X射線和可見光的資料），所有被辨認出為中子星的質量都在3-5倍的太陽質量，緻密伴星的質量在5倍太陽質量以上的系統都未顯露出中子星的特徵。結合這些事實，緻密伴星的質量在5倍太陽質量以上的越來越可能是黑洞。
值得注意的是，黑洞存在的證據不僅是從地球上觀測到的，也來自理論：在如此的聯星系統中，除了黑洞之外，沒有任何天體可以做為這個緻密伴星的天體。如果能直接觀察到一個微粒（或一個氣泡）墜落進入黑洞的軌道，就可以直接證明黑洞的存在。
恆星質量黑洞的候選者
我們的銀河系內有一些恆星質量黑洞的候選者(BHCs)，它們比銀河中心區的大質量黑洞更靠近我們。這些候選者都是X射線聯星系統，緻密伴星經由吸積盤從它的夥伴獲得質量。這些可能黑洞的質量從3倍至12倍太陽質量[2][3]。
| Name | BHC質量(太陽質量) | 伴星質量(太陽質量) | 軌道週期 (天) | 與地球的距離(光年) |
|---|---|---|---|---|
| A0620-00 | 9−13 | 2.6−2.8 | 0.33 | 大約 3500 |
| GRO J1655-40 | 6−6.5 | 2.6−2.8 | 2.8 | 5000−10000 |
| XTE J1118+480 | 6.4−7.2 | 6−6.5 | 0.17 | 6200 |
| 天鵝座 X-1 | 7−13 | ≥18 | 5.6 | 6000−8000 |
| GRO J0422+32 | 3−5 | 1.1 | 0.21 | 大約 8500 |
| GS 2000+25 | 7−8 | 4.9−5.1 | 0.35 | 大約 8800 |
| 天鵝座 V404 | 10−14 | 6.0 | 6.5 | 大約 10000 |
| GX 339-4 | 5−6 | 1.75 | 大約 15000 | |
| GRS 1124-683 | 6.5−8.2 | 0.43 | 大約 17000 | |
| XTE J1550-564 | 10−11 | 6.0−7.5 | 1.5 | 大約 17000 |
| XTE J1819-254 | 10−18 | ~3 | 2.8 | < 25000 |
| 4U 1543-475 | 8−10 | 0.25 | 1.1 | 大約 24000 |
| GRS 1915+105 | >14 | ~1 | 33.5 | 大約 40000 |
| XTE J1650-500 | 3.8±0.5 [4] | . | 0.32[5] | . |
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恆星質量黑洞候選者：
參考資料
- ^ NASA Scientists Identify Smallest Known Black Hole. 2008-04-01 [2008-10-12]. （原始內容存檔於2016-03-04）.
- ^ J. Casares: Observational evidence for stellar mass black holes. Preprint （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）
- ^ M.R. Garcia et al.: Resolved Jets and Long Period Black Hole Novae. Preprint （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）
- ^ Scientists Discovered the Smallest Black Hole. [2008-11-18]. （原始內容存檔於2020-11-26）.
- ^ Orosz, J.A. et al. (2004) ApJ 616,376-382.[1] （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）, Volume 616, Issue 1, pp. 376-382.