兩個黑洞能夠合併嗎?

把手伸向天國


雖然黑洞非常的危險,但是不得不承認黑洞也非常的迷人,特別是兩個黑洞合併的過程研究。兩個黑洞合併的現象在天文界應該算是比較常見的現象,在過去的三十年間,就已經發現了數百個正在合併階段的黑洞。由於黑洞不能夠被直接觀察到,所以科學家一般會在計算機上模擬黑洞的合併過程。但是科學家發現,在模擬的過程中,前期兩個黑洞會很順利的越來越接近,但是當二者之間的距離僅剩下1秒差距(1秒差距大約為3光年的距離)的時候,兩個黑洞就再也不肯靠近了。

這是什麼原因呢?只怪黑洞的能量太大,如果兩個黑洞想要進一步融合,就需要想辦法減去自身足夠的能量,然後才能繼續靠近對方。就像戀愛當中的男女,熱戀期過去之後,進入磨合期,只有雙方都做出改變,才能進一步走下去。當兩個黑洞靠的非常近,根據廣義相對論的推測,剩下的角動量會不斷減弱消失,而引力波不斷加強,直到兩個黑洞合併。

對於黑洞怎麼減去自身的能量,科學家針對這種現象提出了四五種解釋,但都需要類星體的中央黑洞確定為兩個黑洞合併而成之後才能解釋的通。科學家在卡塔琳娜項目的數據庫當中發現類似雙黑洞合併而成的天體可能存在一百多個,如果真的是雙黑洞天體,那麼大自然自己早已經解決了“最後一秒”的問題。


一隻帕尼


是的,它們可以合併——結果往往相當驚人。激光干涉引力波天文臺重力傳感器在2019年探測了到這種合併。

6月25日發表在《物理評論快報》(Physical Review Letters)上的一篇論文提出了這種設想。研究人員確定的是,2019年5月21日,他們探測到兩個黑洞碰撞釋放出的引力波。在接下來的幾周裡,天空中同一區域出現了奇怪的耀斑。如果耀斑確實來自黑洞,這標誌著科學家第一次看到了黑洞合併後發出的光。

正在合併的黑洞會發射出光,但原因並不是你想的那樣


對,這裡是非常有趣的部分。如果兩個質量不等的黑洞合併,引力波能量的衝擊就會以一種不對稱的方式發射:發射到一邊的引力波能量比發射到另一邊的多。這對剩下的合併黑洞產生了巨大的作用力,給了它一個非常強大的衝擊——記住我們在這裡討論的能量是巨大的——它可以在空間中被加速到很高的速度。

如果黑洞合併發生在一個星系中心附近,也就是說星系有一個超大質量的黑洞和一個巨大的磁盤狀物質圍繞黑洞,那麼它可以像炮彈一樣高速通過磁盤,產生衝擊波、加熱材料,形成一個巨大的存續2個月的耀斑,該耀斑足夠明亮,可以旅行40億光年以上、並被加州的望遠鏡觀察到。

令人難以置信的是,計算結果是正確的。如果引力波事件S190521g來自活躍星系J1249中兩個黑洞的合併,合併形成一個更大的黑洞,質量約為太陽的100倍,那麼強大的波的作用力使它加速到驚人的每秒200公里的速度——超過每小時700000公里!然後,大約一個月後,這個黑洞穿過超大質量黑洞周圍的吸積盤,上述事件隨之發生。這樣一場大災難所釋放出的能量和我們所看到的差不多,持續的時間和來自星系的耀斑一樣長。

當兩個黑洞碰撞時,它們會形成一個新的黑洞,也可以說是之前兩個黑洞中較大的那個增加了。然而,新黑洞的質量並不是前兩個黑洞質量的總和。廣義相對論預測在時空[1]中存在引力波,儘管愛因斯坦自己嘲笑這個預測[2]。然而,在2016年,我們用LIGO[3]首次探測到引力波,證明了愛因斯坦是對的/錯的。這兩個黑洞的質量分別為36和29個太陽質量,形成了一個62個太陽質量的黑洞,其中3個太陽質量通過引力波輻射出去。這種情況發生在LIGO探測到的所有其他碰撞中[4][5][6][7][8][9][10][11],包括最近於2020年6月確認的那個[12]。


天文在線


黑洞在宇宙之中並不罕見,它像恆星和行星一樣,也是一種天體,恆星有雙恆星和多恆星系統,行星也有多個在一起運行的狀況,黑洞也同樣如此。

近日有美國媒體報道,NASA(美國宇航局)公佈了最新觀測到的雙黑洞“共舞”現象,發生在離太陽系35億光年遠的OJ287星系中。

這兩個黑洞都屬於超級黑洞,其中較大的一個屬於OJ287星系的中心黑洞,質量大約為太陽的180億倍,是已知最大的黑洞之一,相當於銀河系中心黑洞人馬座A*質量的4200倍左右;較小的黑洞是該中心黑洞的衛星黑洞,質量相當於主黑洞的1/120,但也在太陽質量的1.5億倍左右,相當於銀河系中心黑洞的35倍。

OJ287星系中心黑洞也是一個耀眼的類星體,有著一個明亮且面積巨大的飛盤狀吸積盤,比它較小的衛星黑洞每12年圍繞主黑洞運行一週,但是在運行一週的過程中它會兩次穿越式撞擊到主黑洞的吸積盤上,每次撞擊都會激發出吸積盤上的明亮耀斑,使得吸積盤的光度在48小時內提升4倍,宛如兩顆黑洞在打架一般,每一次交鋒都驚天動地,較小的衛星黑洞也是因此被科學家們發現的。

該衛星黑洞圍繞OJ287中心黑洞(主黑洞)運行的軌跡是一個類似於彗星圍繞太陽運行的橢圓形,而且運行軌道的位置也在不斷的變化中,長時間來看的話,它正圍繞著主黑洞跳著一支“玫瑰花結”舞蹈。

由於衛星黑洞經常撞擊到主黑洞的吸積盤上,每運行一週就會撞擊兩次,這也導致衛星黑洞的運行速度在變慢,那麼這樣一來它就會與主黑洞的距離越來越近,因此天文學家認為,這個衛星黑洞最終將會與主黑洞撞擊到一起,成為一個黑洞。

《北晚新視覺》4月30日文章《NASA公佈雙黑洞共舞現象,其中一個體積是太陽的180億倍》


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