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天文界的浪漫故事:两个黑洞相遇!

2018-08-10 11:53外星探索
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      在浩瀚无垠的宇宙中,黑洞并不是唯一的,迄今为止发现的黑洞中质量有超过太阳十几亿的,连最小的黑洞质量也超过太阳的3倍,那么量级如此大的黑洞如果在宇宙中相遇会是什么样的呢?

物理学家认为黑洞合并时会产生引力波,这在这张艺术家绘制的概念图中也有所体现。

据报道,天文界也可以发生经典的浪漫故事:两个黑洞相遇了,彼此之间立即产生了吸引力。它们围着对方跳起舞来,越转越近,直到……

直到什么?就像任何爱情故事一样,一到了这个阶段,问题便会应运而生。

爱因斯坦的广义相对论最先提出了对黑洞的预测。黑洞就像时空中的无底洞,像一口引力之井。任何事物都无法从中逃脱,就连光线也不例外。小型黑洞的质量只有太阳的几倍,像地雷一样静静埋伏在宇宙的各个角落。而超大质量黑洞则占据着各个星系的核心位置,如吸尘器一般、将周围的物体尽数吸入。这些巨型黑洞的质量高达太阳的数亿倍。天文学家认为,它们是由一系列星系合并形成的。在宇宙早期,可能有数十个、甚至数百个星系纷纷聚集到一起,形成了如今的局面。

“根据我们对宇宙结构形成过程的认识,小星系会合并成大星系,大星系又会合并成更大的星系。”美国俄亥俄州奥柏林学院物理学家罗伯特·欧文(Robert Owen)解释道。每次合并都要经历数亿年、甚至更久,因此我们无法直接观察到这一过程。但理论学家可以通过计算机模拟重现整个合并过程。

麻烦就出在这里。物理学家运行模拟时,两个正在合并的星系中央的黑洞竟然卡住了。黑洞极少会正面相撞。由于它们相遇时的路径不同,受角动量守恒的影响,它们会旋转着靠近对方。受彼此的引力吸引,两个黑洞会越挨越近,直到之间仅剩1秒差距(秒差距:天文学单位,约合3光年),二者却又像羞涩的恋人一样,不肯再靠近一步了。

为何会这样呢?欧文打了个比方:把你的手想象成其中一个黑洞。把手放在一桶水中,让水旋转起来,就像正在合并的星系物质一样。水一开始会阻碍手的运动,迫使手的速度减慢。在太空中,这种引力作用名叫动摩擦,会降低黑洞的角动量,导致其逐渐向另一个黑洞移动。但过了一会儿,水的旋转方向便会与你的手保持一致了,因此手受到的阻力也会减小。而在模拟的星系合并过程中,恒星和其它天体也会根据两个黑洞的旋转方向改变运动路径。此时动摩擦逐渐减小,两个黑洞也就在新轨道上稳定了下来,不会再改变位置。

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