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当两个黑洞合并时，它们的质量的很大一部分可以在一个... ...中转换为能量。 美国宇航局的戈达德太空飞行
上周，美国宇航局钱德拉X射线天文台宣布了宇宙中发现的最活跃的爆炸事件，从而创造了历史。在距地球3.9亿光年远的星系团中，一个超大质量的黑洞发射出了一股喷射流，在该星系团的星际空间中形成了一个巨大的空腔。产生此现象所需的能量总量=5×10的54次方J：比大爆炸以来发生的任何事件都要多的能量。
但是，宇宙中肯定存在另一类事件，它可以在更短的时间内输出更多的能量：两个超大质量黑洞的合并。尽管我们从未见过这样的事件，但这只是时间和技术问题，直到他们展示自己。当这种情况发生时，旧的记录将被打破。就是这样。
此模拟显示了两个超大质量黑洞在逼真的图像中合并而成的两个静止图像，天然气丰富的环境。如果合并的超大质量黑洞的质量足够高，则这些事件是整个宇宙中最活跃的单个事件，这似乎是合理的。
在自然宇宙中，有很多事件可以看作是爆炸或灾难，在短时间内会释放大量能量。一颗寿命很长的巨大恒星将在灾难性II型超新星中爆炸，产生黑洞或中子星，成为恒星尸体。在其生命的最后几秒钟内，它将释放约10的44次方J的能量，超新星（或超发光超新星）的能量可达该数量的100倍。
长期以来，超新星被用作测量所有其他大灾变的标准。作为天空中最明亮的电磁事件，它们可能会超过整个星系，这取决于它们的单个亮度和所讨论星系的整体质量。
超光超新星SN 1000 + 0216的插图，这是有史以来观测到的最遥远的超新星距离宇宙只有16亿年的历史，其z = 3.90的红移是目前单个超新星的距离记录保持者。就亮度而言，它很容易胜过整个星系。就力量而言，它可以短暂地与宇宙中的大多数星星竞争。
ADRIAN MALEC和MARIE MARTIG（斯威本大学）
唯一可以与超新星释放的能量相媲美甚至超过的能量，就是伽马射线爆发或更大范围的扩展事件，例如合并的星系或星系团，或者超大量质量的黑洞。在2010年代，我们发现了至少一些伽马射线爆发的起源：千伏新星或两个中子星的合并。在引力波和电磁辐射之间，大量的质量（约10的29次方kg）被转化为纯能量，从而释放出约10 的46次方 J 的能量。
另一方面，活跃的星系和类星体可能更加活跃。巨大的质量，可能媲美数百万甚至数十亿的太阳质量，可以集中到一个中心的超大质量黑洞中，在那里黑洞被撕裂，积聚和加速。尽管物质和辐射的发射时间约为一百万年（或更长时间），但它们总共可以达到约10的54次方J的能量。
Pictor A的X射线/放射线复合图像的带注释的版本，显示了对射，高温现货和其他许多引人入胜的功能。相对论性喷气机由一个活跃的星系提供动力，它发出大量的能量，但是要经过很长的时间（约10 ^ 6年），而不是一次全部。
X射线：NASA / CXC /赫特福德郡大学/M.HARDCASTLE等，电台：CSIRO / ATNF / ATCA
但是，宇宙为我们提供了一种发出更多能量的方法，并且可以在更短的时间范围内发出能量。解锁密码的关键发生在最近十年，当时NSF的激光干涉仪重力波天文台（LIGO）直接检测到了第一个重力波事件：来自两个合并的黑洞。对于有史以来的第一个黑洞，两个质量不同的黑洞（分别为36和29个太阳值）合并在一起，产生质量较小（质量为62个太阳）的最终状态黑洞。
这是一个巨大的成就，由于发现了引力波，许多科学家获得了2017年诺贝尔奖。在随后的几年中，发现了更多的黑洞-黑洞兼并和将要兼并的情况，到目前为止（迄今为止）已知约有50个。在所有情况下，都观察到相同的奇异而令人着迷的行为：在短短几毫秒的时间内，大量的质量被转化为纯能量。
融合了两个黑洞的图示，其质量与LIGO最初看到的相当。在中心 在某些星系中，可能存在超大质量的双黑洞，产生的信号远强于该图所示，但其频率对LIGO不敏感。
SXS，模拟极限时空（SXS）项目（HTTP://WWW.BLACK-HOLES.ORG）
对于这些黑洞与黑洞的合并，尤其有两点非常有趣。
- 在所有情况下，发出的峰值功率或每次能量都大致相同。它们在一秒钟之内就使宇宙中的所有星星都黯然失色，但是更大规模的合并使它们的峰值功率输出出现在更长的时间段内，从而散发出更多的总能量。
- 您可以对黑洞与黑洞合并中引力波释放的总能量进行非常简单的估算：通过爱因斯坦的E = mc，约有质量较低的黑洞质量的10％被转换为纯能量。
对于有史以来第一次发现的黑洞与黑洞合并，发出的能量总量约为10的47次方J，发生在仅200毫秒左右的时间间隔内，这产生了令人着迷的可能性。
这些碰撞星系的凌乱核心掩盖了两个合并的银河核的最后阶段。该这五个星系的右图显示了银河系核心在红外光下的特写，清楚地显示了两个单独的黑洞的存在。在足够的时间内，这些黑洞将全部合并在一起。
M. KOSS（EUREKA SCIENTIFIC，INC。）/ NASA / ESA；凯克影像：M. KOSS（EUREKA SCIENTIFIC，INC。）/ WM凯克天文台；PAN-STARRS图像：M. KOSS（EUREKA SCIENTIFIC，INC。）/全景望远镜和快速响应系统
与其将两个“恒星质量”黑洞合并在一起，每个黑洞的质量范围从几个到几十个太阳质量，不如我们看向宇宙中最巨大的黑洞：在中心发现的超大质量黑洞星系。当它们合并在一起时，一系列事件将展开，从而导致最大的能量释放，至少从理论上讲，是我们后大爆炸宇宙中应该发生的。
尤其是：
- 当两个星系合并时，由于其他质量之间的引力相互作用，它们的黑洞将优先朝新的共同中心沉没。
- 与气体和其他正常物质的相互作用将占主导地位一段时间，从而导致这些黑洞的轨道相对紧凑，周期短。
- 在持续约2500万年的最后合并阶段中，引力波将占主导地位，导致规模不断扩大的灵感和合并场景，尽管这远远超出了LIGO这样的检测器的范围。
在已知的宇宙中，最大的一对黑洞是OJ 287，其引力波将不在LISA的支持范围内。基线较长的引力波天文台可以看到它，脉冲星定时阵列也可以看到它。
蒙卡布雷尔天文台的拉蒙·纳维斯（RAMON NAVES）
当两个黑洞合并在一起时，它们的相互吸力会导致空间变形，并且它们在变形的空间中的运动会导致引力辐射的发射，该引力辐射将能量从黑洞-黑洞系统带走，并向外传播到宇宙之外。既然我们知道黑洞的质量是太阳质量的数十亿倍，那么将数亿个太阳质量的黑洞与数十亿个太阳质量的黑洞合并是不可避免的。
OJ 287是一个特别的系统，它由一个近1.5亿个太阳质量黑洞，围绕着一个约180亿个太阳质量黑洞组成。当它们合并时，将在短短几个小时的时间内释放约3 ×10的54次方J的能量。不幸的是，LIGO甚至LISA无法检测到频率。但是在合并之前，一种不同的技术（一种基于脉冲星时序的技术）可能会揭示出这样的大型合并，特别是如果两个质量在规模上彼此接近的话。
该图显示了在一个定时阵列中监视多少个脉冲星可以检测出重力时空会受到海浪的干扰。类似地，足够精确的激光阵列原则上可以检测出引力波的量子性质。
DAVID CHAMPION /马克斯·普朗克射电天文研究所
根据我们最好的现代估计，第一个令人鼓舞的超大质量黑洞应该在十年内被先进的脉冲星定时阵列（如NANOGrav，欧洲脉冲星定时阵列和Parkes脉冲星定时阵列）发现。 随着这些超大质量黑洞的吸气，它们应该以足够大的幅度并以可预测，可观察的频率发射引力波，这意味着-如果我们了解如何对这些超大质量二元黑洞的频率和人口进行建模，那么2020年我们应该发现我们的第一个。
当我们检测到我们的第一个黑洞-黑洞合并时，有一个短暂的持续时间不到200毫秒，该合并产生的能量大于宇宙中所有恒星合并的能量。如果我们能找到一个超大质量的黑洞合并，其较小的质量超过5亿个太阳质量，它不仅会比宇宙中所有恒星散发更多的能量约一周，而且它将成为自上世纪以来最活跃的事件。大爆炸，发光超过〜10的55次方Ĵ在该时间间隔。
此图描绘了超大规模黑洞合并的各个阶段，以及预期的 科学家相信，随着事件的发展将会出现的信号。
ESA – S. POLETTI
但是，有很多例子是合理的，特别是在丰富的星系团中，两个数十亿甚至数百亿太阳质量的黑洞将合并在一起。例如，在昏迷星团中，两个质量最大的星系是NGC 4889，其黑洞质量为210亿； NGC 4874，看起来更大，拥有两倍的球状星团，但其黑洞的大小约为未知质量。
当两个包含超大质量黑洞的星系合并时，我们也不会只寻找引力波。它们应该发出明显的电磁辐射迹象，尤其是在X射线中，这应该提供同时研究重力波和电磁信号中的这些大事件的潜力，甚至在它们合并之前。随着ESA的雅典娜和NASA的Lynx可能会扩大我们的X射线天文学武库，我们最终可能会发现原型的示例，该示例有望成为宇宙中最活跃的事件。
当两个超大质量黑洞相互绕转时，它们不仅扰动并加速了此事 围绕它们，它们在发射的电磁辐射中留下了确定的特征，与重力波辐射互补，为直接检测提供了另一条途径，并提供了一种独立确认黑洞质量的方法。
马丁·克劳斯（MARTIN KRAUSE）/对话
关于合并黑洞最引人注目的事实之一是，所发射引力波能量的最大速率完全不取决于它们的质量，而是由宇宙的基本常数确定的。黑洞越重，它们发出的能量越多，但是它们发出的时间更长，而不是爆发的幅度更大。它们仍然应该代表整个宇宙中最活跃的事件，但是所有事件中最大的事件应该在最后几年甚至几十年内散布其最活跃的信号，而不是在几毫秒内发出。
随着仪器，探测器和新技术套件的不断完善，超大规模二元黑洞合并的最初迹象可能会在本十年后期出现，这对于引力波天文学而言将是一个令人难以置信的发展，这是一门仅获得首次成功的科学不到5年前 毫无疑问，超大规模双星黑洞合并是整个后大爆炸宇宙中最活跃的单个事件
。这可能是第一次，它们终于在我们可检测的范围之内。蟹蟹大家耐心看完，是不是想说点什么呢，欢迎转发评论哦！我们下期再见~
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