人類文明科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，天文學(xué)及其它科學(xué)領(lǐng)域的研究發(fā)展，現(xiàn)在我們知道，宇宙已經(jīng)存在了將近138.2億年：有足夠的時(shí)間讓引力將物質(zhì)拉入星團(tuán)和坍縮的天體中。到目前為止，宇宙中充滿了行星、恒星、星系，甚至更大的結(jié)構(gòu)，它們都是在宇宙膨脹的背景下結(jié)合在一起。
兩顆中子星相撞，這是宇宙中許多最重（周期表）元素的主要來(lái)源，在這樣的碰撞中，大約有3-5%的質(zhì)量被釋放出，剩下的就變成了一個(gè)黑洞。圖片：DANA BERRY, SKYWORKS DIGITAL, INC.
博科園-科學(xué)科普：但事情并不是那么簡(jiǎn)單，在我們的銀河系中，雖然空間很大，但實(shí)際上有上萬(wàn)億個(gè)天體在數(shù)十億年的時(shí)間尺度上運(yùn)動(dòng)。有些系統(tǒng)中會(huì)有多個(gè)天體，其之間的碰撞不僅是可能的，而且是不可避免的。無(wú)論何時(shí)發(fā)生碰撞或合并，都會(huì)改變幸存下來(lái)的東西，下面就跟大家說(shuō)說(shuō)宇宙這些發(fā)生的故事。
當(dāng)一個(gè)天體與一顆行星相撞時(shí)，它會(huì)產(chǎn)生碎片并導(dǎo)致附近衛(wèi)星的形成。這就是地球衛(wèi)星月亮的起源，也是火星和冥王星衛(wèi)星同樣出現(xiàn)的方式。圖片：ASA/JPL-CALTECH
Top6、行星和行星的碰撞
在太陽(yáng)系早期，可能有超過(guò)八顆行星，木星和海王星之間可能有第五顆氣態(tài)巨星，最佳模擬結(jié)果表明它被彈出。但在太陽(yáng)系內(nèi)部，相信有一顆火星大小天體界與年輕的地球相撞，產(chǎn)生了巨大的碎片云，這些碎片聚集在一起形成了現(xiàn)在的月球，巨大的撞擊假說(shuō)已經(jīng)被一系列證據(jù)證實(shí)，包括從阿波羅登月任務(wù)中帶回的月球樣本。
與今天看到的兩個(gè)衛(wèi)星不同，一個(gè)行星盤的碰撞可能導(dǎo)致形成了火星三顆衛(wèi)星，在那里只有兩個(gè)衛(wèi)星存活了下來(lái)。圖片：LABEX UNIVEARTHS / UNIVERSIT PARIS DIDEROT
除此之外，也有一些相當(dāng)好的證據(jù)表明火星衛(wèi)星是被碰撞創(chuàng)造出來(lái)的，還有第三顆，更大，但后來(lái)又落回到火星上，那是一次大型的原行星碰撞。從科學(xué)家所做的所有模擬和積累證據(jù)來(lái)看，類似大小的巖石行星在太陽(yáng)系形成早期階段經(jīng)常發(fā)生碰撞。當(dāng)它們相撞時(shí)，就會(huì)形成一顆更大的行星，但由碎片組成的云團(tuán)會(huì)聚集在一起，形成一顆附近的大型衛(wèi)星，以及幾顆更小、更遠(yuǎn)的衛(wèi)星。冥王星-卡戎星系就是一個(gè)引人注目的例子。
由于引力波的作用，像兩顆“分離”棕矮星那樣的“旋進(jìn)”和“合并”場(chǎng)景需要很長(zhǎng)時(shí)間。但是碰撞是很有可能發(fā)生的。就像紅星碰撞產(chǎn)生藍(lán)矮星一樣，棕矮星碰撞產(chǎn)生紅矮星。在足夠長(zhǎng)的時(shí)間尺度內(nèi)，這些“光點(diǎn)”可能成為照亮宇宙的唯一光源。圖片：MELVYN B. DAVIES, NATURE 462, 991-992 (2009)
Top5、棕矮星與棕矮星碰撞
想要成為一顆恒星，但是當(dāng)?shù)谝淮萎a(chǎn)生的氣體云坍塌時(shí)，沒(méi)有積累足夠的質(zhì)量從而形成行星？那么還有第二次機(jī)會(huì)！棕矮星就像質(zhì)量非常大的氣體巨星，質(zhì)量是木星的十幾倍，溫度(約100萬(wàn)K)和中心的壓力足以點(diǎn)燃氘聚變，但無(wú)法點(diǎn)燃?xì)渚圩?。棕矮星也產(chǎn)生了自己的光，保持相對(duì)的低溫，而且也不是真正的恒星。質(zhì)量是太陽(yáng)質(zhì)量的1%到7.5%不等，是宇宙中失敗的恒星。但是如果在兩個(gè)在雙星系統(tǒng)中，或者兩個(gè)在完全不同的系統(tǒng)中偶然碰撞，所有的一切都會(huì)在一瞬間改變。
這是構(gòu)成Luhman 16的兩個(gè)棕矮星，它們最終可能合并成一顆恒星。圖片：NASA/JPL/GEMINI OBSERVATORY/AURA/NSF
原因是這些失敗恒星的組成幾乎沒(méi)有隨時(shí)間變化，仍然由70-75%的氫組成，當(dāng)它們?nèi)诤显谝黄饡r(shí)，仍然擁有所有未燃燒的燃料。如果合并后的總質(zhì)量現(xiàn)在超過(guò)0.075太陽(yáng)質(zhì)量臨界值，將會(huì)創(chuàng)造出一顆新恒星！在一個(gè)天體中有這么多的質(zhì)量，溫度會(huì)上升到超過(guò)400萬(wàn)K的臨界溫度來(lái)點(diǎn)燃?xì)渚圩儭?huì)創(chuàng)造出一顆紅矮星：一個(gè)真正的m級(jí)恒星，而不是兩個(gè)棕矮星。附近的雙星系統(tǒng)Luhman 16，離我們只有6.5光年遠(yuǎn)，它非常接近于擁有最終成為紅矮星所需的精確參數(shù)。
這是一種球狀星團(tuán)Terzan 5，與銀河系的過(guò)去有著獨(dú)特聯(lián)系。令人難以置信的古老恒星可以在球狀星團(tuán)中找到，這些球狀星團(tuán)是在銀河系附近出現(xiàn)的首批恒星形成“爆炸”遺跡。然而，偶爾在里面看到的藍(lán)色恒星告訴我們，這個(gè)故事還有更多東西。圖片：NASA/ESA/HUBBLE/F. FERRARO
Top4、兩顆恒星碰撞
恒星質(zhì)量千差萬(wàn)別，質(zhì)量較低的恒星顯得更紅、溫度更低，燃料的燃燒速度也較慢，而質(zhì)量較高的恒星則更藍(lán)、更熱，壽命較短。當(dāng)觀察星團(tuán)時(shí)可以通過(guò)觀察剩下質(zhì)量最高的恒星來(lái)了解它們的年齡，因?yàn)橘|(zhì)量最大的恒星死亡速度最快。然而當(dāng)觀察一些最古老的星團(tuán)時(shí)，會(huì)發(fā)現(xiàn)這些星團(tuán)的顏色比我們應(yīng)該看到的更藍(lán)、更熱，它們根本無(wú)法與周圍的其他恒星相匹配。然而這些藍(lán)色離散的恒星是真實(shí)存在的，它們有一個(gè)奇妙的解釋：恒星碰撞。
在插圖中圈出的藍(lán)色離散恒星，是在較老的恒星或甚至恒星殘骸合并在一起時(shí)形成。在顆恒星燃盡之后，同樣的過(guò)程也會(huì)給宇宙帶來(lái)光明，盡管是短暫的。圖片：NASA, ESA, W. CLARKSON (INDIANA UNIVERSITY AND UCLA), AND K. SAHU (STSCL)
任意兩顆(或更多)恒星合并，會(huì)形成一顆更大的恒星。即使剩下的都是更紅的恒星，比如0.7倍太陽(yáng)質(zhì)量和0.8倍太陽(yáng)質(zhì)量的恒星，如果它們合并在一起，就能產(chǎn)生更藍(lán)(1.5倍太陽(yáng)質(zhì)量)的恒星，即使它們所在的星團(tuán)太老了，已經(jīng)沒(méi)有剩下1.5倍太陽(yáng)質(zhì)量的恒星了。藍(lán)離散星在密集的球狀星團(tuán)環(huán)境中很常見(jiàn)，這表明即使在所有像太陽(yáng)這么大的恒星燃料被燒完之后很久，宇宙仍然會(huì)通過(guò)引力合并來(lái)創(chuàng)造新的恒星。
對(duì)多信使天文學(xué)來(lái)說(shuō)，最終事件是兩顆白矮星的合并，這兩個(gè)白矮星離地球足夠近，可以同時(shí)探測(cè)到中微子、光和引力波。已知這些物體會(huì)產(chǎn)生Ia型超新星。圖片：NASA, ESA, AND A. FEILD (STSCI)
Top3、白矮星與白矮星碰撞
正常的主序恒星在它生命中，燃燒了它將會(huì)燃燒的所有燃料，核心變成了一顆白矮星（也未來(lái)太陽(yáng)的命運(yùn)）。然后在星際空間的深處漂浮著，有機(jī)會(huì)與另一顆白矮星相撞。白矮星與白矮星的碰撞會(huì)導(dǎo)致Ia型超新星產(chǎn)生，這可能是這些大災(zāi)難產(chǎn)生的最常見(jiàn)方式。當(dāng)這樣的事件發(fā)生時(shí)，恒星會(huì)經(jīng)歷一場(chǎng)失控的聚變反應(yīng)，釋放出大量的光和能量，并徹底摧毀導(dǎo)致該事件的白矮星。
兩顆合并中子星的插圖，圖片：NSF / LIGO / SONOMA STATE UNIVERSITY / A. SIMONNET
Top2、中子星與中子星碰撞
中子星比那些產(chǎn)生白矮星更大的恒星產(chǎn)生，中子星通常存在于多恒星系統(tǒng)中。再一次察到兩顆中子星在一個(gè)雙星系統(tǒng)中合并：一個(gè)kilonova事件。當(dāng)這種情況發(fā)生時(shí)，大量的能量被釋放出來(lái)，大量的物質(zhì)被噴射出來(lái)。2017年發(fā)生的重大事件標(biāo)志著在引力波和電磁輻射中首次觀測(cè)到同一天體。
恒星殘骸質(zhì)量可以用許多不同的方法來(lái)測(cè)量。這張圖顯示了通過(guò)電磁觀測(cè)（紫色）檢測(cè)到黑洞的質(zhì)量；由引力波觀測(cè)測(cè)量的黑洞(藍(lán)色)；用電磁觀測(cè)測(cè)量的中子星(黃色)；在GW170817事件中合并的中子星質(zhì)量在引力波(橙色)中被探測(cè)到。合并的結(jié)果是一顆中子星，短暫地，又迅速變成了一個(gè)黑洞。圖片：LIGO-VIRGO/FRANK ELAVSKY/NORTHWESTERN
如果兩顆中子星合并，將會(huì)有三種結(jié)果：
1、變成一個(gè)質(zhì)量更大的中子星(總質(zhì)量小于2.5倍太陽(yáng)質(zhì)量)
2、變成一顆自旋的中子星，然后坍縮成黑洞(總質(zhì)量低于2.75倍太陽(yáng)質(zhì)量)
3、或直接坍縮成黑洞(總質(zhì)量超過(guò)2.75倍太陽(yáng)質(zhì)量)
在未來(lái)的幾年和幾十年里，科學(xué)家希望觀察到許多這樣的事件，以進(jìn)一步完善這些結(jié)論的準(zhǔn)確性。
圖示為兩個(gè)黑洞合并的例子，與LIGO第一次看到的質(zhì)量相當(dāng)。在一些星系的中心，超大質(zhì)量的雙星黑洞可能存在，產(chǎn)生信號(hào)遠(yuǎn)比這幅圖所顯示的要強(qiáng)大得多。圖片：SXS, THE SIMULATING EXTREME SPACETIMES (SXS) PROJECT (HTTP://WWW.BLACK-HOLES.ORG)
Top1、黑洞與黑洞碰撞
黑洞和黑洞合并會(huì)得到一個(gè)更大的黑洞，但有一個(gè)問(wèn)題：大約會(huì)損失5%的質(zhì)量！人類第一次看到的是一個(gè)36倍太陽(yáng)質(zhì)量黑洞與29倍太陽(yáng)質(zhì)量黑洞的碰撞合并，它們創(chuàng)造了一個(gè)更大的黑洞，但其最終質(zhì)量只有62倍太陽(yáng)質(zhì)量！總共損失三個(gè)太陽(yáng)的質(zhì)量。
損失的質(zhì)量去了哪里？它是以引力輻射的形式發(fā)射出來(lái)：LIGO探測(cè)到的引力波在十億光年之外的地球。在持續(xù)不到一秒鐘的短暫時(shí)間內(nèi)，兩個(gè)合并的黑洞向可觀測(cè)宇宙釋放出的能量比其內(nèi)部所有恒星加起來(lái)還要多。
現(xiàn)在美國(guó)華盛頓州的LIGO Hanford天文臺(tái)與洛杉磯利文斯頓市的LIGO Hanford天文臺(tái)和意大利的VIRGO天文臺(tái)合作共同觀測(cè)。圖片：CALTECH/MIT/LIGO LABORATORY
預(yù)計(jì)還會(huì)發(fā)生其他碰撞，如黑洞和中子星、中子星和白矮星、中子星和普通恒星，甚至是黑洞和恒星。活躍星系或微型類星體等物體可能是由吞噬恒星或氣體云的黑洞觸發(fā)。然而還沒(méi)有觀察到這些碰撞發(fā)生時(shí)的任何情況，盡管已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了一個(gè)“Thorne-Zytkow”候選天體：一顆位于紅巨星核心的中子星。
宇宙是一個(gè)非常大的地方，但它遠(yuǎn)不是空的。特別是在星系和球狀星團(tuán)中，行星、恒星和恒星殘骸是非常多的，而像這樣的碰撞是不可避免的會(huì)時(shí)有發(fā)生。結(jié)果如何？想要知道答案，都需要我們?nèi)ヅθヌ綄み@些宇宙事件的奧秘！你覺(jué)得答案會(huì)自己跑來(lái)告訴你嗎？
博科園-科學(xué)科普｜文：Ethan Siegel/Forbes Science/S.W.A.B
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