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宇宙中惊恐一幕,两超大质量黑洞即将对撞

2019年7月11日10:32 环球解密

    最近,科学家观测到了一个惊奇的天文现象,在遥远的宇宙中一对超大质量黑洞即将对撞。这项新研究发表于2019年7月10日的《天体物理期刊通讯》上。

    最近,科学家观测到了一个惊奇的天文现象,在遥远的宇宙中一对超大质量黑洞即将对撞。图为超大质量黑洞对模拟示意图。

    这对黑洞距地球约25亿光年,质量都有太阳的八亿多倍。它们会围绕彼此旋转并逐步靠近。最终这对超级黑洞会碰撞并融为一体。这将对它们所处的星系造成恐怖的影响。

    即使碰撞之前,两个超大质量黑洞旋转造成的引力波也非常强大,远远超出已经观测到的恒星级黑洞的引力波。

    “超大质量黑洞对旋转所产生的引力波是宇宙中最强大的,”论文作者之一,美国纽约弗拉迪朗研究所(Flatiron Institute)计算天体物理中心的副研究员奇亚拉·曼加莱利(Chiara Mingarell)说,“来自超大质量黑洞对的引力波比现在LIGO探测到的引力波强一百万倍。”

    鉴于这对超大质量黑洞离地球非常遥远,即使光速也要数十亿年才能到达地球,科学家认为这对黑洞早已对撞融合,只是引力波还没到达地球而已。凑巧的是,目前天文学家的理论模型认为在大约二三十亿年前有很多超大质量黑洞对撞并造成引力波。

    探测超大质量黑洞对的引力波信号将有助于解决天文学中一些最重要的问题,例如星系合并的概率以及超大质量黑洞对是否最终真的会对撞合并还是会彼此无止尽地旋转下去。

    论文作者之一,普林斯顿大学(Princeton University)的珍妮·格林(Jenny Greene)教授说:“目前天文学研究中有一个很尴尬的重要问题,我们不知道超大质量黑洞对是否最终会合并。观察超大质量黑洞对的引力波信号对于黑洞物理学是一个需要解决的长期难题。”

    超大质量黑洞一般具有数百万甚至数十亿的太阳质量。几乎所有的星系,包括我们的银河系,在中心部分一般都至少有一个这样的庞然大物。当星系对撞合并时,它们的超大质量黑洞相遇并开始相互绕行。随着时间的推移,星际气体和恒星会在黑洞之间穿过并窃取能量,造成黑洞绕行轨道逐步收紧。

    然而,一旦超大质量黑洞对足够接近,恒星和星际气体就无法继续盗窃能量了。一些理论研究表明,黑洞绕行轨道会在大约1 个秒差距的位置(大约3.2光年)停滞收缩。这种停滞几乎是无限期的。果真如此的话,那超大质量黑洞对就不会最终融合,只有非常罕见的三个或更多超大质量黑洞群才会最终碰撞合并。

    如果超大黑洞对真的不会碰撞合并,天文学家预计宇宙中会充满来自超大质量黑洞对的引力波噪音。 “这种噪音被称为引力波背景,就像夜晚蟋蟀唧唧喳喳地乱叫,”论文第一作者安迪·古尔丁(Andy Goulding)博士说,“你无法区分每一个蟋蟀的叫声,但是全部叫声的大小可以帮助估计到底有多少只蟋蟀。但是如果两个超大质量黑洞对最终碰撞合并,在合并时它们会发出雷鸣般的巨响。不过这样的事件非常短暂也非常罕见,所以我们不一定能很快发现它。”

    研究团队使用哈勃太空望远镜(Hubble Space Telescope)探测到了这两个黑洞。尽管通过光学望远镜无法直接看到超大质量黑洞,但是可以看到聚集在黑洞对附近的明亮恒星团和被黑洞强大引力拖入的高温星际气体。经过分析,研究团队发现该系统包含两个巨大的黑洞。

    更进一步,研究团队分析了这一发现对引力波背景的影响,并估计了在目前可探测范围内到底有多少超大质量黑洞对。根据模型结果,研究团队预计大约有112个附近的超大质量黑洞对在发射引力波。这个模型可以帮助科学家估计附近有多少超大质量黑洞正在发射我们现在可以探测到的引力波。

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