理论家们描述大量的黑洞合并,提出大型黑洞的可能起源

麻省理工学院的天体物理学家Carl Rodriguez展示了一个球状星团中心50个黑洞的动态模拟。它显示了多个单个黑洞如何最终形成一个双黑洞系统,两个黑洞彼此相互旋转运动。 在过去的几年中,Rodriguez一直在研究球状星团内的黑洞行为。 他想知道它们的相互作用是否与占据稀疏区域的黑洞不同。 他最近的研究表明,球状星团中的黑洞可能会多次合并。 合并产生的黑洞比单个恒星形成的黑洞更大。

该研究于2018年4月10日发表在同行评议的《物理评论快报》上。麻省理工学院发布声明说:Rodriguez和他的同事在他们的新论文中报告了使用位于西北大学的名为Quest的超级计算机来模拟24个恒星群内的复杂动态相互作用,其范围从20万到200万颗恒星,并且覆盖了一系列不同密度和金属的组合。他们模拟了这些星团中的单个恒星在120亿年内的演化过程,跟踪了它们与其它恒星的相互作用,以及黑洞的最终形成和演化。模拟还对黑洞形成之后的运动轨迹进行了建模。”

Rodriguez说:“因为黑洞是这些星团中最重的物体,它们会沉入中心,在那里有足够高的黑洞密度来形成双黑洞。双黑洞基本上就像星团中四处游荡的巨大目标,当你向把其它的黑洞或者恒星扔向它们,它们会经历这些疯狂的混乱遭遇。”

理论家们描述大量的黑洞合并,提出大型黑洞的可能起源

模拟显示双黑洞(橙色)和单个黑洞(蓝色)之间考虑相对论效应的遭遇,最后合并(红色)。

理论家们描述大量的黑洞合并,提出大型黑洞的可能起源

模拟快照显示在密集星团中心形成的双黑洞。

球状星团是包含数十万到数百万恒星的对称星团,它们在包括我们银河系在内的星系晕里面绕行。这些星团被认为包含了星系中最古老的恒星。

Rodriguez说:“我们认为这些星团形成了数百到数千个黑洞,并迅速沉到中心。这些类型的星团实际上是双黑洞的工厂,在这些星系中,有很多黑洞在狭小的空间中游荡,两个黑洞可能会合并并产生更大的黑洞。然后那个新的黑洞可以找到另一个伴侣并再次合并。”

理论家们描述大量的黑洞合并,提出大型黑洞的可能起源

M13,北半球天空中最大最亮的球状星团

由于LIGO的两个探测器在2016年初宣布首次直接探测到了引力波,因此双黑洞的课题引发了天文学家的兴趣。引力波被认为来自于双黑洞。 麻省理工学院的声明里面还说:“如果LIGO检测到一个双黑洞系统里面的黑洞质量大于50个太阳质量,那么根据该研究组的结果,很有可能这个物体不是来自单个恒星,而是来自密集的恒星群。”


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