迄今最强的双黑洞合并事件

2019年5月21日,位于美国的雷射干涉引力波天文台,以及位于意大利的处女座干涉仪都从宇宙中探测到了一些不同寻常的信号。相隔几千公里的两个探测器,都感应到了四个特别的引力波波纹,这四个波纹的频率在短短的100毫秒内,从30赫兹陡然上升至80赫兹。宇宙中究竟发生了什么事,才能产生如此巨大的能量,甚至让地球也为之振动了?引力波是什么?我们把整个宇宙想象成一个池塘,当池塘被投掷了石头时,水面就会产生一道道的波纹,这些涟漪以石头为中心向外传播。

而在宇宙这个池塘里,带质量的物体就是里面的“石头”,当“石头”加速运动时,就会在时空中产生“涟漪”,这些“涟漪”就是引力波。

这些引力波在宇宙中传播需要一定的时间,并且很不容易在扩散过程中被其他物质改变,所以引力波是科学家获得宇宙信息的优秀载体。

回到2019年的夏天,科学家们根据观测到的引力波变化,可以推断出在遥远的宇宙深处,究竟发生了什么事情。

是什么带来了池塘的涟漪?原来,是有两个超大质量的黑洞发生了合并。

引力波的讯号分别由85个太阳质量的黑洞和66个太阳质量的黑洞在合并时发出的,两个黑洞在巨大的引力下,疯狂地旋转并纠缠在一起,最后合并成了一个有142个太阳质量那么大的超级黑洞。

根据科学家们在2020年发表的文章,这次黑洞合并事件发生的位置,距离我们地球有170亿光年那么遥远。

这实际上非常有趣,虽然地球上的我们是在2019年观测到这次事件的,但是实际上,黑洞的碰撞发生在170亿光年前,只不过它走了那么久,才将引力波扩散到地球这里。

这次黑洞合并事件的特殊之处并不是它距离我们太远了,而是在于两个黑洞质量,以及合并之后形成的黑洞质量都太巨大了。

根据以前的恒星演化理论,科学家们普遍认为恒星形成的黑洞,最大也只会在60个太阳质量左右,而在这之前,只有一些间接证据可以证明宇宙中存在100至10万倍太阳质量中介质量黑洞的存在。

科学家找不到直接的证据,也想不明白这样大的黑洞是如何产生的,直到2019年的这次黑洞合并事件,科学家们才发现,这样大的黑洞或许是像“滚雪球”似的,以较小的黑洞合并形成的。

研究人员瓦西莉基·卡洛耶拉表示,这是人类第一次观测到的中介质量黑洞,同时,科学家们也至少知道了一种其形成的方法。

不过,170亿光年实在是太遥远了,万一投入池塘里的石头不是黑洞,而是其他星体呢?有没有其他星体能够产生出如此剧烈的碰撞呢?别的“石头”
2021年,加利西亚高能物理研究所、葡萄牙阿威罗大学、里斯本大学高级技术学院、西班牙瓦伦西亚大学和澳洲蒙纳许大学的研究团队认为,这次引力波事件的起因并非是两个黑洞的合并,而是两颗玻色子星的合并。

玻色子星的合并虽然比黑洞弱,但是计算得到的距离要比原来的估计值更近,假设是玻色子星的合并,那么最终形成的黑洞则会更大,增加为太阳质量的250倍。

在宇宙深处究竟发生了什么?到底是两个可怕的黑洞相互吸引,还是玻色子星的一次“撞车”,这些谜团恐怕还要等到未来才能解答了。

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