@ 2015.09.21 , 17:01

科学家预测黑洞对撞或产生时空涟漪

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哥伦比亚大学 Zoltan Haiman 所制作的图片,示意两个互相缠绕的黑洞

说到致命吸引力,谁能比得上这俩——在一个遥远的星系,有两个黑洞正互相环绕着对方旋转跳跃,不断地被对方巨大的引力所吸引。这将会导致的结果是两个黑洞的碰撞,而这样的碰撞将会产生超过1亿颗恒星爆炸所产生的能量。

黑洞的碰撞至少在未来100,000年内并不会发生,即便发生了它对地球产生的影响也微乎其微。这个双黑洞系统距离地球有大约35亿光年的距离,但系统的碰撞所产生的时空涟漪会让地球上的科学家们有更好的研究广义相对论的机会。

今天《自然》上的一篇论文提供了更多的证据,表明类星体 PG 1302-102 内部的两个黑洞可能确实在合并

通过测量来自类星体的光,研究小组注意到它每五年在亮度上所产生的偏移是由其内部的两个相互环绕的黑洞所造成的。就像救护车作为声源在开过你身旁的时候鸣笛声更大一样,在类星体中当其中一个黑洞把类星体系统拖地离地球更近时,来自这个系统的光线更亮,这是一个简单的多普勒效应。

科学家们发现,位于 PG 1302-102 中心的双黑洞系统,比其它任何所知的双黑洞系统都要更加靠近对方。这两个黑洞之间的距离大约是一个太阳系的大小——从宇宙的角度看,这不过就是扔石子扔出的一段距离。

在大部分星系的中央都有一个黑洞,当两个星系相互合并时,星系中央的黑洞就会受引力影响互相环绕。这就是 PG 1302-102 中两个黑洞相遇的方式。但在通常情况下,两个黑洞都不会靠近到会导致碰撞发生的程度。

当这种罕见的情况发生时,确实是宇宙一大奇观。碰撞的能量不仅会卷走周围所有的形体,而且碰撞还会释放出引力波——100年前爱因斯坦所预测的“时空涟漪”,在这个时候可能被真正证明存在。

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来自 Wikipedia 引力波词条中所提到的引力波源-“大质量和超大质量黑洞”以及“星系合并”:

大质量和超大质量黑洞

哈勃太空望远镜拍摄的双天线星系,星系的碰撞很有可能导致其中心超大质量黑洞的合并
来自大质量和超大质量黑洞(即“星系质量”)的引力辐射存在两种形式:一种是超大质量黑洞的合并,另一种情形是大质量黑洞对小质量致密天体的俘获所释放的引力辐射。两者的合并模式不同,因此所发出的引力波形、理论的预测能力以及侦测方法都有所不同。

星系合并
参见:超大质量黑洞
两个超大质量黑洞的合并,就是恒星质量黑洞合并的加强版。由于参与的质量很大,其引力辐射的频率很低,但振幅却相当高。因为有效信号振幅和黑洞质量基本成近似线□□,在相同距离下质量为106倍太阳质量的大质量黑洞的引力辐射振幅约为10倍太阳质量的黑洞引力辐射的105倍(h ~ 10−17)[59]。这意味着空间探测器对于这类信号会具有非常高的信噪比,无论这类波源位于宇宙间哪个角落[60]。现在一般认为在大多数星系中心都存在质量至少在106倍太阳质量以上的大质量或超大质量黑洞,并有证据表明超大质量黑洞的质量与其宿主星系核的质量成正比关系。与恒星不同的是,星系之间发生碰撞的概率相当高,例如蛇夫座的星系碰撞残留物NGC 6240,当中含有两个分别来自原星系的超大质量黑洞[61]。在两个星系合并后,两者中心的黑洞会逐渐向新形成的星系中心漂移并最终发生碰撞,这一机制说明宇宙间超大质量黑洞合并的几率是相当高的[31]。

如果你拿不出10万年的时间来等待(#废话!)两个黑洞相互碰撞,我们还有别的希望:论文的作者认为运用现有的技术,我们很快可以找到更早碰撞的双黑洞系统。

[keep_beating via popsci]


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