黑洞是不是被证实了？
黑洞的诞生：从理论到证据
黑洞的概念最早可以追溯到18世纪，当时约翰·米歇尔和皮埃尔西蒙·拉普拉斯都曾设想过，如果一个天体的质量足够大，它的引力会强到连光都无法逃脱。这听起来像是科幻小说里的情节，但随着爱因斯坦的广义相对论在20世纪初的提出，黑洞才真正有了坚实的理论基础。
广义相对论描述了引力是如何弯曲时空。根据爱因斯坦的理论，当一个足够大的质量集中在一个非常小的区域内时，它会产生一个极强的引力场，这个场会将周围的时空扭曲到一个极端的地步，形成一个“视界”（event horizon）。一旦任何东西，包括光，越过了这个视界，它就再也无法逃脱。这就是我们现在所说的黑洞。
理论上说通了，但要怎么找到它呢？我们知道，黑洞本身不发光，不反射光，所以我们无法直接“看到”它。这就好比你找不到一个完全隐形的人。那么，天文学家是怎么证明它的存在的呢？
间接但强有力的证据：黑洞的“影子”
证明黑洞存在的关键在于观察它对周围环境产生的影响。就像你在黑暗中看不到一个人，但能看到他绊倒了桌子，或者他身后的窗帘被吹动一样，我们通过观察黑洞对周围物质的“干扰”来推断它的存在。
1. 恒星的轨道异常：
你可能听说过射手座A（Sagittarius A），这是位于我们银河系中心的那个巨大的黑洞。科学家们花了很长时间追踪银河系中心附近恒星的运动。他们发现，这些恒星并没有在预期的轨道上运行，而是以一种非常快的速度绕着一个看不见的中心旋转。唯一的解释就是，那里存在一个质量巨大但却看不见的物体，牢牢地吸引着这些恒星。通过计算这些恒星的轨道和速度，科学家们能够精确地估算出这个看不见的中心的质量，结果表明，它的质量足够大，符合一个超大质量黑洞的特征。
2. 吸积盘的X射线辐射：
当物质（比如气体或恒星的残骸）落向黑洞时，它们并不会直接掉进去，而是会围绕着黑洞形成一个快速旋转的盘状结构，这被称为“吸积盘”（accretion disk）。在这个吸积盘中，物质会因为剧烈的摩擦和引力而被加热到极高的温度，产生强烈的X射线辐射。天文学家通过X射线望远镜探测到这些来自遥远宇宙的X射线源，并且发现它们的辐射特征与理论预测的黑洞吸积盘高度吻合。例如，天鹅座X1（Cygnus X1）是第一个被广泛认为是黑洞的天体，它的高能X射线辐射让科学家们相信这里隐藏着一个质量远超已知中子星的致密天体。
3. 引力波的探测：
这可以说是最直接、最震撼的证据之一。2015年，激光干涉引力波天文台（LIGO）首次探测到了来自宇宙深处的引力波信号。这些信号是由两个黑洞并合（merger）时产生的时空涟漪。引力波的波形和强度与广义相对论对黑洞并合的预测惊人地一致。从那以后，LIGO和其合作者已经探测到了数十次这样的引力波事件，每一次都为黑洞的存在和行为提供了强有力的证明。想象一下，这些引力波就像是宇宙在告诉你“看，黑洞在这里合并了！”，而且它传递的信息精确得如同工程师的图纸。
4. 事件视界望远镜（EHT）的“照片”：
虽然我们无法直接看到黑洞，但我们能够看到它的“影子”。事件视界望远镜项目是一个由分布在全球各地的射电望远镜组成的国际合作项目，通过一种叫做“甚长基线干涉测量”（VLBI）的技术，将全球的望远镜联合起来，创造出一个等同于地球大小的虚拟望远镜，拥有超高的分辨率。
2019年，EHT发布了人类历史上第一张描绘黑洞“阴影”的照片，来自M87星系中心的超大质量黑洞。照片中，一个明亮的环状结构包裹着一个黑暗的中心区域，这个黑暗区域就是黑洞的视界本身。环状结构是由于黑洞强大的引力弯曲了周围发光物质的光线而形成的。这张“照片”的形状和大小与广义相对论预测的黑洞“影子”大小几乎完美契合，为黑洞的存在提供了令人信服的视觉证据。之后，EHT又发布了银河系中心黑洞——射手座A的照片。
“证实”的程度：理解的深度
所以，黑洞的存在的“证实”是基于大量、多方面的观测证据，这些证据与基于广义相对论的理论预测高度一致。可以说，在科学界，黑洞的存在早已不是一个“是不是”的问题，而是“我们有多少把握来描述它”的问题。
但是，这并不意味着我们对黑洞的理解已经圆满了。黑洞内部到底是什么样子？视界究竟是什么样的边界？黑洞会蒸发吗（霍金辐射）？黑洞中心的奇点（singularity）是如何运作的？这些问题仍然是现代物理学研究的前沿，需要更精密的观测和更深入的理论探索。
例如，虽然我们探测到了黑洞并合产生的引力波，但我们还没有能力观测到黑洞“吞噬”物质的瞬间细节，或者近距离观察黑洞的“内部”。黑洞内部的物理规律，尤其是奇点处，很可能是广义相对论失效的地方，需要量子引力理论来解释。
总而言之，黑洞的存在已经被海量的天文观测证据所支持，从遥远恒星的诡异运动，到吸积盘发出的耀眼X射线，再到宇宙中最深刻的引力波涟漪，以及那张震撼人心的“黑洞照片”。这些证据共同勾勒出了一个清晰的图景：宇宙中确实存在这样一些极端的天体，它们的引力强大到连光都无法逃逸。所以，如果你问黑洞是不是被证实了，答案是肯定的。但如果问我们是否已经完全揭开了它的神秘面纱，那答案是：我们还在路上，这条路充满着挑战和惊喜。
网友意见
今天刚看到一篇文章，是求解膜宇宙模型（braneworld）下的引力星（Gravastar）的解：
https:// journals.aps.org/prd/ab stract/10.1103/PhysRevD.102.024037
以下为原答案：
分割线————————————————————————————————
严格来说，并没有。
黑洞是由广义相对论或其它引力理论所预言的极端致密天体，其极端强大的引力场导致它附近的时空弯曲到连光都无法逃逸。黑洞最大的特征是存在事件视界（Event Horizon）,一般简称为视界，它是四维时空中具有时空对称性的零超曲面。
就拿EHT所拍的这张照片来说，
这张照片中心的阴影部分，再加上它65亿倍的太阳质量的特性，可以得出的结论是，它是一个极端致密的天体，但是，无法证明它有视界！也就无法证明它是一个黑洞！
原因在于，由于极端强大的引力场导致我们观测不到的天体，除了黑洞，还有很多。虽然由于视界的时空特性，位于其内的光子都无法逃逸出去，但是事实上，我们之所以看不到黑洞的直接原因，是黑洞附近存在光子的不稳定圆轨道，也就是光球（Photon Sphere）。位于光球内的光子都将掉落到黑洞里，无法被我们观测到。而一般光球半径比视界半径要大，例如史瓦西黑洞的光球半径是视界半径的1.5倍，所以一般光球以内的部分我们是看不到的，也就是上图中心的黑色区域，这部分区域，我们称为Shadow，也就是阴影。
所以，如果一个天体，没有视界，但是存在光球，那么它看起来也是黑色的。但是它却不是黑洞，我们称为黑洞候选体，比如，裸奇点（Naked Singularity）、虫洞（Wormholes）、玻色子星（Boson Star, Kaup 1968; LIebling & Palenzuela 2012）、引力星（Gravastar, Mazur & Mottola 2004; Chirenti & Rezzolla 2007）等等。
前两个提出的时间比较早，裸奇点简单来说就是黑洞没有视界，只剩下中心的奇点。由于其存在可能会破坏因果律，所以彭罗斯特意提出了宇宙监督假设，防止奇点的暴露。
虫洞听起来可能很虚无缥缈，事实上这种时空结构在理论上是可能的。第一个虫洞的提出者就是爱因斯坦，是连接两个史瓦西时空的通道，被称为爱因斯坦-罗森桥，是一个不可通过的虫洞。但是后来有不少学者进行了这方面的研究，提出了各种不同的虫洞模型。Kip Thorne（对，就那个2017年的诺奖获得者，LIGO的创始人）还研究过虫洞的可通过性，结果发现，可通过虫洞的附近存在大量的密度为负的异常物质。这种异常物质在自然界非常罕见，但有人认为黑洞的表面可能存在这种物质。
玻色子星提出的时间比中子星稍晚一些，它被认为是由有质量的玻色子构成的。在它后面那老哥出来前，它一直是黑洞，甚至是星系中心的超大质量黑洞的有力竞争者。因为玻色子星还可能是由轴子构成的，被称为轴子星（Axion Star），这是暗物质的有力候选者，所以近几年它又作为暗物质的候选者火了一把。
而引力星等其它修改引力提出的新的黑洞候选体是近二十年提出的，它们被称为超致密天体（Ultracompact Object, UCO）。其提出的根本目的，是为了解决黑洞中心的奇点问题。关于更多的致密天体的信息可以参考这篇综述：https://arxiv.org/pdf/1904.05363.pdf
上述所说天体都会在中心形成阴影，只有在高精度的测量上才能显现出与黑洞的差别，但是这次EHT的精度是不够的。EHT在其发表的第一篇文章中这样写道：
显然，虽然EHT通过中心阴影的理论计算排除了M87*是裸奇点或者虫洞的可能，也间接证明玻色子星的可能性较小，但是却完全不能排除引力星这样的超致密天体，尤其是拥有克尔度规的天体。
至此，得出结论：EHT的成像并不能证明M87*是一个黑洞。
不仅如此，以上还表明，过去几十年找到的间接被证明是黑洞的天体，严格意义上来说，都不能称为黑洞。毕竟，虽然寻找黑洞的手段多种多样：
但是根本思路都是：1）找到一个不发光的天体；2）证明其质量超过，最好远远超过3倍太阳质量。但是这些条件，前面说的那些超致密天体全都满足！所以严格来说，目前我们所发现的，都是黑洞候选体。但是因为黑洞候选体（Black Hole Candidates）比黑洞（Black Holes）用起来很麻烦，大部分研究者在写文章时也就直接用Black Holes了。我个人只见过一篇文章里面特意用的是Black Hole Candidates：
这也是一篇划时代的文章，GRAVITY第一次观测到广义相对论预言的史瓦西进动。请注意左上角画圈的合作者Victor·Cardoso，也就是前面综述的作者，这是一位超致密天体方面的大佬，目前正致力于通过引力波来区分黑洞和超致密天体的研究。
之所以说以前间接证明的黑洞都是黑洞候选体，是因为之前天文观测除了少量运用中微子和宇宙线，大部分都是依靠电磁波。而电磁波不能通过视界传到我们观测者这里，当然中微子和宇宙线也不能，所以根本没法证实视界的存在，除了引力波。
引力波是时空曲率的传播，因此它可以通过视界。引力波有一种特征叫准正模（Quasimormal Modes, QNM），有视界和没视界时引力波的准正模是不同的，因此，可以通过这种方法来区分黑洞和超致密天体！
参考：
V. Cardoso. 2019, arxiv.1904.05363;
EHT. 2019, APJL, 875, L1;
GRAVITY. 2020, A&A, 636, L5.
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