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为了解黑洞的密度有大，我们先来简单了解一下黑洞的结构。根据现有的理论，质量足够大的恒星在死亡时，核心的物质会被自重压缩到一个无限小体积的区域——奇点。而奇点周围的空间被强烈弯曲，即使是拥有最快速度的光也不能从中逃逸出来，光无法逃脱的范围就被称作黑洞。这个范围的边缘被称作事件视界，它到奇点的距离则被称作史瓦西半径。 由于黑洞的特殊结构，黑洞的奇点的密度为无穷大。但如果以事件视界作为黑洞的外围，黑洞的平均密度则就不是无穷大。根据逃逸速度的公式，我们可以推导出黑洞的史瓦西半径r的计算公式如下： 其中G为万有引力常数，M为黑洞的质量，c为真空中的光速。 只要用黑洞的质量除以体积，就能得到黑洞的平均密度计算公式： 在上式中，唯一会发生变化的是黑洞质量。结果就是，黑洞的平均密度反比于它的质量平方，这意味着黑洞的质量越大，它的平均密度反而越低。对于一些质量很小的黑洞，它们具有极高的平均密度。理论上，由恒星坍缩形成的黑洞，其质量下限为太阳的3倍，那么，这种黑洞的平均密度可达2×10^18 kg/m^3，相当于水的密度（4 ℃，1个标准大气压）的2000万亿倍。 而对于超大质量黑洞，它们的平均密度相比恒星级黑洞要低很多，比如拥有430万个太阳质量的银河系超大质量黑洞——人马座A*，它的平均密度约为1×10^6 kg/m^3。当超大质量黑洞的质量达到足够高的地步时，它的平均密度甚至还会低于空气。在标准状况下，即0 ℃，1个标准大气压，空气的密度约为1.293 kg/m^3，当黑洞的平均密度也为这个数值时，其质量约为太阳的38亿倍。目前，天文学家已经在宇宙中找到了很多质量超过太阳上百亿倍的超大质量黑洞，其中最高的可达太阳的660亿倍，这些黑洞的平均密度则会远低于空气。 |
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