两个黑洞合并为何如此困难?动摩擦惹的祸

  • 时间:
  • 浏览:0
  • 来源:大发快三_快三app安卓_大发快三app安卓

天文界也还时需占据 经典的浪漫故事:另二个 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……直到那先 ?就像任何友情故事一样,一到了這個 阶段,那先 的间题便会应运而生。

爱因斯坦的广义相对论最先提出了对黑洞的预测。黑洞就像时光中的无底洞,像一口引力之井。任何事物都无法从中逃脱,就连光线好多好多 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、将互近的物体尽数吸入。那先 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,因此 有数五个、甚至数百个星系纷纷聚集到一齐,形成了如今的局面。

“根据你们对宇宙社会形态形成过程的认识,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·欧文解释道。每次合并全是经历数亿年、甚至更久,因此 你们无法直接观察到這個 过程。但理论学家还时需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,另二个 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。因此 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,另二个 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。

为什么会么会会好多好多 呢?欧文打了个比方:把你的手想象成其中另二个 黑洞。把手放到一桶水中,让水旋转起来,就像正在合并的星系物质一样。水一日后开始 会阻碍手的运动,迫使手的传输强度更慢。在太空中,這個 引力作用叫华动摩擦,会降低黑洞的角动量,原困其逐渐向好多好多 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另二个 黑洞的旋转方向改变运动路径。此时动摩擦逐渐减小,另二个 黑洞也就在新轨道上稳定了下来,不需要再改变位置。

若物理学家对宇宙的形成过程理解无误,好多好多 成对的黑洞最终应当会彼此相撞、融为一体才对。但要实现這個 点,它们时需先设法减去足够的能量,可不可不里能 继续靠近对方、跨过最后这1秒差距。一旦另二个 黑洞靠得非常近但是 (仅相隔几十亿公里,约0.001秒差距),根据广义相对论,剩下的角动量便会随着不断加强的引力波逐渐消失,将另二个 黑洞推到一齐。這個 过程因此 会经历几小时、几天、甚至几年不等,具体取决于黑洞质量有多大。

究竟是那先 力量推动了這個 “致命拥抱”呢?这便是所谓的“最后的1秒差距那先 的间题”。解答该那先 的间题不仅是为了满足你们的好奇心,还可改变你们对宇宙社会形态形成过程的理解、以及对引力本质的认识。因此 在物理学家模拟黑洞运行的一齐,天文学家也在观察夜空,试图找到黑洞处里“最后的1秒差距那先 的间题”的线索——只要它们真能处里的话。

在过去的150年间,天文学家因此 发现了数百个蕴含另二个 超大黑洞的星系,且那先 黑洞占据 不同的合并阶段。但即使是“最亲密的”一对黑洞,彼此之间也隔了几千秒差距。“要找到比这还近的黑洞就困难得多了。”加州理工学院计算科学家马修·格雷厄姆指出。本来 否地球上最大的望远镜,也达只有只有高的分辨率。

因此 格雷厄姆和同事们决定走十根间接路线,利用闪烁的类星体光线进行观测。脉冲星是巨大、古老的星系极为明亮的内核次要。物质围绕星系中央的超大质量黑洞旋转时,会逐渐次要成另二个 圆盘状社会形态。這個 圆盘的角动量会将其次要质量转化为辐射,使星系发出耀眼的光芒。因此 汽体汽体汽体和尘埃落入圆盘时并非连贯,类星体的光芒也会随之变化不定。

但2013年末,科学家却发现了另二个 与众不同的类星体。格雷厄姆和同事们利用“卡塔琳娜实时瞬变调查”10年来收集的数据,找到了另二个 奇特的信号来源,竟有着还时需预测的变化规律。這個 类星体名为PG 11502-102,距地球约35亿光年。它似乎会稳定地变亮、再变暗,每隔五年半便重复一次,就好像一帮人在慢慢操控亮度控制开关一样。

是那先 造成了這個 循环呢?格雷厄姆表示:“你们提出了四有一种不同的物理解释。”比如说,好多好多 超大质量黑洞的运行因此 会定期改变该类星体辐射的朝向,因此 因此 使尘埃盘中旋转的物质占据 扭曲,从而使其亮度占据 周期性变化。那先 解释全是其他一齐之处:只有当类星体PG 11502-102中央的黑洞的确由另二个 黑洞构成时,才还时需说得通。

距格雷厄姆和同事们估计,因此 类星体PG 11502-102中央的确占据 双黑洞系统,两者间隔因此 只有0.01秒差距。另一项由哥伦比亚大学开展的研究甚至提出了更小的猜测,仅有0.001秒差距,约大约 太阳系的直径。到了這個 程度,另二个 黑洞应当因此 在“宽衣解带”(脱掉的着实是引力波),就差没扑进对方怀中了。只要研究人员读取的PG 11502-102信号无误,只否是论是哪种情况报告,都能说明同另二个 那先 的间题:大自然因此 处里了“最后的1秒差距那先 的间题”。

格雷厄姆和同事们目前已在卡塔琳娜项目数据库中找到了1150多个因此 蕴含双黑洞系统的类星体,另二个 黑洞之间的距离都远小于1秒差距。若那先 猜测得到证实,科学家便可对这场“合并大戏”神秘的最终章来一次“惊鸿一瞥”。

然而,要想弄清相隔很近的另二个 黑洞是何如背叛稳定轨道、实现最终合并的,你说还时需你们以全新的最好的依据看待宇宙。“你们现在好多好多 借电磁波瞎试探而已。”欧文好多好多 描述科学家们利用传统望远镜寻找双黑洞系统的做法。从理论上来说,黑洞合并释放出的能量应大约 超新星爆发的1亿倍,但那先 能量好多好多 以引力波、而非光线的形式占据 。“你们要法学会用‘眼睛’去‘听’,就好像通过鼓面的振动判断鼓在发声、而全是通过鼓声来判断一样。”

通过引力波观察黑洞合并还时需使情况报告清晰明了其他。“从星系中央发出的光线往往会被汽体汽体汽体和尘埃云吸收、重新发射、因此 散射开来,原困你们就看的情景昏暗而扭曲。”加州理工学院与马克斯·普朗克射电天文学研究所的天体物理学家基娅拉·明加雷利解释道,“而引力波则不受汽体汽体汽体和尘埃影响,还时需径直穿过。”

然而,探测引力波也绝非易事。引力波天文学尚在起步阶段,况且就连LIGO好多好多 的顶级天文台敏感度也缺陷高,无法探测到天文学家怀疑双黑洞系统合并时发出的、缓慢振荡的引力波。

因此 研究人员决定换有一种途径,利用大自然提供的“望远镜”——毫秒脉冲星进行探测。這個 天体是恒星爆炸后留下的“遗骸”,密度极高、转个不停。它们就像海面上的浮标一样,以原子钟般的精确度,定期向地球发射一道射电波。当遥远星系中的另二个 黑洞正在跨越最后的1秒差距时,产生引力波可对那先 毫秒脉冲星发出的信号造成干扰。因此 通过观察银河系中数五个毫秒脉冲星的信号变化,天文学家便能判断它们否是受到了引力波的影响。

那先 射电波的光谱社会形态将提供一系列重要数据,帮助物理学家测试或完善黑洞合并模型。威斯康星大学密尔沃基分校研究生约瑟夫·西蒙指出:“要想了解另二个 黑洞在跨越最后1秒差距时究竟占据 了那先 ,弄清这位终极‘幕后推手’的身份,脉冲星测时阵列是你们唯一可用的工具。”

而就算探测只有引力波,也可作为十根重要线索。西蒙指出,历经了将近十年的计时,脉冲星测时阵列的敏感度“终于达到了足够高的水平,就算那先 都没探测到,可不可不里能 透露其他重要信息。”那先 测时阵列至今一无所获,说明理论学家对黑洞跨过最后1秒差距后经历的猜想因此 占据 误区。黑洞的次可不可不里能 量你说不需要以引力波的形式发散出去,好多好多 通过与邻近恒星和汽体汽体汽体的有一种未知相互作用消散掉了。你说黑洞会将接近其他人的恒星远远甩出,因此 黑洞的引力会使互近的尘埃汽体汽体汽体盘占据 扭转。若物理学家能弄清這個 能量消散机制,你说就能解释黑洞是何如跨过最后这1秒差距的了。

物理学家的精心计算将使你们有因此 检验爱因斯坦的预言。正如欧文所说:“你们谈起广义相对论时,就好像它因此 被彻底验证了一样。”但科学家还从未在黑洞合并好多好多 的极端引力事件中检验过该理论。此相似件与牛顿物理法则相去甚远,你们熟悉的能量、动量和质量等概念也背叛了好多好多 的意义。只要黑洞合并发出的引力波的确比广义相对论预言的弱,你说是但是 该做些修改了。

了解黑洞“友情故事”的最终目的还是为了更好地认识地球,弄清你们占据 的引力波环境究竟是一片“汪洋大海”,还是十根“涓涓细流”。欧文指出:“这着实是有一种截然不同的‘时光海洋’,另二个 风平浪静,另二个 波涛汹涌。”

微信公众号搜索"

驱动之家

"加关注,每日最新的手机、电脑、汽车、智能硬件信息还时需让人一手全掌握。推荐关注!【

微信扫描下图可直接关注