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黑洞是宇宙中最神秘的天体之一。它的引力如此强大，连光都无法逃脱。当一个天体的逃逸速度达到或超过光速时，就形成了黑洞。事件视界是黑洞周围的一个球面边界，任何进入这个边界的物质，包括光线，都无法再逃脱出来。黑洞的中心是一个密度无限大的奇点。
黑洞的形成是恒星演化的终极结果。当质量超过太阳质量3倍以上的大质量恒星耗尽核燃料时，恒星核心开始坍缩。首先恒星从主序星演化为红巨星，体积急剧膨胀。当核心温度和压力无法维持核聚变时，发生剧烈的超新星爆发。如果恒星核心质量足够大，连中子简并压都无法阻止引力坍缩，最终形成黑洞。
根据质量不同，黑洞可以分为三种主要类型。恒星级黑洞质量通常为3到20倍太阳质量，由大质量恒星坍缩形成。中等质量黑洞质量在几百到几万倍太阳质量之间，形成机制还不完全清楚。超大质量黑洞质量可达几百万到几十亿倍太阳质量，通常位于星系中心。根据无毛定理，黑洞只有三个基本参数：质量、电荷和角动量。
黑洞产生多种极端的物理效应。潮汐力效应会将接近黑洞的物体拉伸变形，这种现象被称为意大利面条化。由于引力时间膨胀，靠近黑洞的时间会变慢。霍金辐射是黑洞的量子效应，使黑洞缓慢蒸发。物质落入黑洞时会形成高温的吸积盘，发出强烈的电磁辐射。这些效应展现了黑洞对周围时空的极端影响。
黑洞对宇宙结构和演化具有深远影响。超大质量黑洞位于星系中心，通过引力和辐射调节星系的形成与演化，控制恒星的诞生率。黑洞合并时产生强烈的引力波，这些时空涟漪传播到整个宇宙。黑洞还会扭曲周围的时空结构，影响物质和能量的分布。作为宇宙的清洁工，黑洞吞噬周围物质，维持宇宙的动态平衡。