太陽能自轉，地球也能自轉，這事不稀奇。
關于地球自轉分晝夜的知識，通常是作為一種常識，被大家所熟知。
但是「自轉星體群」里為何還有一個成員叫「黑洞」？
關鍵是自轉的速度居然還高的離奇，以95%的光速自轉，那到底是一種怎樣的概念？
天鵝座X-1全稱是「Cygnus X-1」，也可以縮寫為「Cyg X-1」，是一個位于天鵝座方向的雙星系統，最早被認為是黑洞的天體系統之一。
也就是說，天鵝座X-1是繼廣義相對論提出后，被人類發現的第一個黑洞。
但是從發現它的存在到確認它的黑洞身份，科學家們前前后后花費了許多年。
天鵝座X-1首次被發現，是在1964年，當時坐落在新墨西哥州的白沙飛彈基地，向太空中發射了一枚亞軌道火箭。
發現天鵝座X-1的關鍵并不是這枚火箭，而是在這枚火箭上裝載的蓋革計數器，這是一個特殊的探測器，可以探測到存在于地球之外的X射線輻射。
作為僅次于伽瑪射線的一種高能電磁波，X射線輻射的形成往往需要以高能量爆發為前提條件，也就是說，只要是探測到存在X射線輻射的地方，很可能就能在附近發現高能天體，或者推論出這里曾發生過一場可以產生巨大能量的爆發事件。
而天鵝座X-1就是用蓋革計數器發現的八個X射線輻射中的其中之一，但是當時并不能確定它的具體性質。
1971年時，天體科學家們開始追根溯源，尋找這個天鵝座附近的X射線輻射究竟是從什麼地方發出的，這一確認就不得了了，他們發現這個X射線的對應光源體是一個編號為HDE226868，體積比太陽大了將近20倍的藍超巨星。
問題是，這個發淡藍色光的星星，根本就沒有辦法為X射線輻射提供所需的高能，于是科學家們推斷這顆藍超巨星或許不是單獨存在的。
于是他們猜測，這或許是一個存在伴星的雙星系統，共同環繞同一個質點進行有規律的運動。
可是問題又來了，這個伴星怎麼觀察不到呢？
根據公轉軌道的參數，可以推斷出這個伴星可能是一個品質在2.7倍-10倍之間，體積不超過太陽的一個致密天體——中子星或是黑洞。
具體是哪一種，以當時的設備條件卻無法確定。
正是由于這個不確定性的存在，理學家索恩與霍金為爭論其到底是黑洞還是中子星而打賭，還曾當場立下字據，當時霍金堅定地認為——這絕對是一顆中子星。
直到20世紀九十年代后期，可以證明天鵝座X-1確實是一個黑洞的證據越來越充分，霍金才簽字認輸，承認自己輸掉這場「賭局」
這或許是霍金一生中為數不多「看走眼」的時候，但是卻把這個由黑洞與藍超巨星組成的雙星系統，帶到了大眾的視野面前。
如果不是2021年中國科學院發布的最新研究，或許我們對于天鵝座X-1的認識還仍然停留在「距離地球大約6100光年，品質足足有太陽的15倍」。
2021年2月19日，國際科學周刊《科學》雜志和《天體物理學報》中的三篇文章，聯合向世人展示了關于天鵝座X-1的最新測量結果——黑洞的最新距離為7240光年，品質增加到了21倍的太陽品質。
這是至今為止，人類觀察到的唯一一個黑洞品質超過20倍太陽品質的黑洞射線雙星系統，95%的自轉速度更是基本上能夠與光速水平持平。
品質擴大50%，距離也相比其原先的測量結果來說更加遙遠，這不禁讓人感嘆，對于黑洞的研究工作果然是沒有盡頭的。
為何天鵝座X-1的自轉速度能夠趨近與光速，對于我們這些「門外漢」來說，的確是一個百思不得其解的問題，但是如果放在物理學上，那就變得簡單了很多。
對于黑洞有一定了解的人都知道， 黑洞的品質集中在體積無限小的奇點上的，一般所謂黑洞半徑是指「史瓦西半徑」，其表示的邊界是指事件視界，而對內部的一切我們無法知曉。
而黑洞的轉速實際上和它本身的能量沒有太大的關系，而是取決于坍縮為黑洞之前恒星本身的轉速。
實際上，任意一個黑洞由品質M、角動量J、帶電荷Q三個物理量來完全定義的（俗稱三毛）。
這里就涉及到了物理學中著名的「角動量守恒定律」。
「角動量守恒定律」是指一個在有心力場中運動的質點，始終受到一個通過力心的有心力作用，因有心力對力心的力矩為零，所以根據角動量定理，該質點對力心的角動量守恒。
根據角動能量守恒定律，坍塌前的恒星一般都是在自轉的，而在恒星坍縮的過程中，隨著半徑不斷減小，轉速則逐漸提高到接近光速。
也就是說由于恒星坍縮成黑洞后，半徑縮小到了原先的萬分之一，例如太陽半徑大約695500km，坍縮成靜態史瓦西黑洞半徑只有3km不到。
而根據物理公式，角速度與半徑平方成反比，半徑平方越小，角速度就越大。在動量不變的情況下，角速度將大幅增加，也就是自轉速度會增加。
因此在恒星坍縮過程中，隨著坍縮的進行，半徑會原來越小，而自轉速度就會越來越大。
當坍塌恒星的剩余品質M確定后，再加上天體的帶電荷Q可以忽略不計，唯一能夠影響到黑洞自轉速度的就是角速度了。所以黑洞的角動量有個單純依賴于品質平方的上限值。
簡單來說，品質越大的黑洞，角動量的上限也就越大，于是自轉的速度也就越快。
那要是按這種發展趨勢，再加之這些年天鵝座X-1越來越大的品質，那豈不是就意味著天鵝座X-1的自轉速度就會越來越大，且沒有上限？
如果單從理論上來看，如果黑洞可以被「壓縮」成一個無窮小的空間，那麼其旋轉的速率可能增加至無窮，但是事實上，黑洞無法達到無限的速度上限。
基本上所有的黑洞都面臨著「限速」的問題。
來自加州大學洛杉磯分校的天文學教授馬克·莫里斯博士就黑洞可能存在「限速問題」提出了一些假設與思路。
天文學家也對超大品質黑洞的旋轉進行了探測，并與理論上的極限速度進行對比，比如在NGC 1365內的黑洞正在以84%光速進行旋轉，這已經達到了黑洞旋轉速度上限。
至于黑洞為何會出現「限速問題」，仍然還處于研究中，希望有一天天文學家們能夠為我們找到答案。
既然天鵝座X-1的自轉速度如此驚人，那是否會為這個黑洞帶來同樣驚人的吸引力呢？
這就得從黑洞的形成過程與吸引力的產生原理開始聊起了。
黑洞作為一種極端而又特別的天文現象，并不是原本就存在的，在某種意義上，黑洞是一顆星星崩潰坍塌后的形態，或許也可以說這是「星星的另外一種形態」？
根據愛因斯坦的廣義相對論，黑洞的產生過程類似于中子星的產生過程。
這也就是為何霍金會把天鵝座X-1誤認為是中子星的原因了，畢竟；兩者的產生過程具有很大相似性，在收集到的材料不完整時，很可能會出現誤認的情況。
唯一不同的地方是，中子星的品質不可能超過3個太陽，所以任何品質超過3個太陽的星體就一定是黑洞了。
所以當天文學家發現恒星的軌道上有一顆看不見的伴星時，他們可以通過測量伴星的品質來分辨該星是一顆中子星還是一個黑洞。
但黑洞只有在靠近恒星時才會被探測到，這也就很好的解釋了為何20世紀六十年代就觀察到的天鵝座X-1，直到九十年代才被證實黑洞身份。
當一個恒星在準備毀滅，核心在自身重力的作用下迅速地收縮，塌陷，發生強力爆炸。當核心中所有的物質都變成中子時，收縮過程立即停止，被壓縮成一個密實的星體，同時也壓縮了內部的空間和時間。
但在黑洞情況下，由于恒星核心的品質大到使收縮過程無休止地進行下去，連中子間的排斥力也無法阻擋。
中子本身在擠壓引力自身的吸引下被碾為粉末，剩下來的是一個密度高到難以想象的物質。
由于高品質而產生的引力，使得任何靠近它的物體都會被它吸進去。
有的人把黑洞比作一個處在宇宙中的「超大吸塵器」，因為它能吸收任何靠近它的物質，包括星系、星云、行星、行星系統、塵埃等等，這些物質被吸收后會變成黑洞的一部分，同時黑洞的品質也會隨之增加。
但是黑洞是否具有吸引力，吸引力的大小究竟為多少，與黑洞的自轉速度一丁點關系都沒有。
與黑洞吸引力大小相關的是黑洞奇點的密度與奇點的品質，至于三者之間到底存在著怎樣的關系，那就三言兩語將不明白的了。
總而言之，盡管天鵝座X-1以95%光速自轉著，也并不代表著它擁有著超乎其他黑洞的吸引力，就算黑洞之間的吸引力真的有所差異，也與黑洞的自轉速度的快慢沒有直接的關聯。
根據天文學家們這些年來對天鵝座X-1的觀測研究，我們發現，這個人類史上的可觀察到的品質最大的黑洞，其距離與品質都還處在不斷擴大的變化中。
或許未來會品質會超過21個太陽，或許自轉速度會更加趨近于光速，也不得而知呢。
