計(jì)算機(jī)模擬顯示引力波是由一次強(qiáng)大的宇宙事件產(chǎn)生的。
如果你搜索宇宙中最強(qiáng)大的事件，許多來(lái)源會(huì)告訴你，伽馬射線爆發(fā)是大爆炸之外能量最大的爆炸。它們被描述為宇宙中最明亮和最強(qiáng)的爆炸，一些伽馬射線爆發(fā)在幾秒鐘內(nèi)釋放的能量比太陽(yáng)數(shù)十億年所釋放的能量還要多300倍。這些電磁輻射的爆發(fā)來(lái)自于極端物體如黑洞、中子星和超新星。迄今為止觀察到的最具爆炸性、能量最大的事件就是一次這樣的伽馬射線爆發(fā)，它被美國(guó)宇航局的一個(gè)天文臺(tái)發(fā)現(xiàn)了，它釋放出5 x 10^54焦耳的能量。但還有更強(qiáng)大的事件。
那么黑洞合并呢？當(dāng)兩個(gè)黑洞合并時(shí)，它們的亮度比宇宙中所有10^22顆恒星的亮度加起來(lái)還要高，這只持續(xù)不到一秒。GW150914是我們發(fā)現(xiàn)的第一個(gè)黑洞合并，在僅僅200毫秒的時(shí)間內(nèi)發(fā)出了10^47焦耳的能量。迄今為止，最強(qiáng)大的黑洞碰撞發(fā)生在兩個(gè)質(zhì)量分別為85和66個(gè)太陽(yáng)質(zhì)量的黑洞之間，最終產(chǎn)生了一個(gè)150個(gè)太陽(yáng)質(zhì)量的黑洞。在此過(guò)程中，一些黑洞的質(zhì)量轉(zhuǎn)化為能量。這種級(jí)別的碰撞產(chǎn)生了引力波信號(hào)——時(shí)空中的干擾——我們可以使用激光干涉引力波天文臺(tái)（LIGO）等儀器來(lái)探測(cè)。
然而，如果這些事件都不是宇宙中最強(qiáng)大的，那么什么是呢？
由美國(guó)宇航局制作的伽馬射線爆發(fā)動(dòng)畫(huà)
答案是黑洞碰撞的極端延伸。到目前為止我們能夠探測(cè)到的碰撞是在恒星質(zhì)量的黑洞之間發(fā)生的。它們的質(zhì)量從5個(gè)太陽(yáng)到100個(gè)太陽(yáng)不等。但這類黑洞與更極端的黑洞相比根本算不了什么，超大質(zhì)量黑洞的質(zhì)量相當(dāng)于太陽(yáng)的數(shù)百萬(wàn)到數(shù)十億倍。如果兩個(gè)超大質(zhì)量黑洞發(fā)生碰撞，那么它將產(chǎn)生大爆炸之后能量最大的事件。理論上，它們應(yīng)該像較小的恒星質(zhì)量的黑洞一樣碰撞。也許我們可以在這十年內(nèi)的某個(gè)時(shí)候探測(cè)到它。
當(dāng)星系漂移到一起時(shí)，超大質(zhì)量的黑洞合并就會(huì)發(fā)生，它們中心的巨大黑洞會(huì)互相融合，成為新形成的星系的新中心。但兩個(gè)黑洞不會(huì)立即合并。它們首先進(jìn)入彼此的軌道。隨著時(shí)間的推移，軌道收縮，使得兩個(gè)黑洞越來(lái)越近，直到它們之間的距離約為1秒差距（3.2光年）。這之后會(huì)發(fā)生什么仍然是個(gè)謎。
一個(gè)模擬顯示兩個(gè)超大質(zhì)量黑洞正在合并。
一些理論認(rèn)為，一旦黑洞達(dá)到1秒差距，它們就會(huì)無(wú)限期地停滯，只有由3個(gè)或更多超大質(zhì)量黑洞組成的黑洞群才能跨越這個(gè)距離，完全融合。
還有一種理論認(rèn)為，1秒差距的距離根本不是問(wèn)題，超大質(zhì)量黑洞確實(shí)會(huì)像小黑洞一樣合并。如果是這樣的話，那么它們的引力波和電磁輻射應(yīng)該會(huì)在宇宙中傳播，讓地球上的我們了解它們。完成合并需要兩千五百萬(wàn)年。許多科學(xué)家支持超大質(zhì)量黑洞合并的想法，因?yàn)樗鼈儾粌H符合我們已經(jīng)觀察到的現(xiàn)象，而且還為具有數(shù)十億太陽(yáng)質(zhì)量的黑洞的存在提供了合適的解釋。
上圖是一個(gè)黑洞碰撞的動(dòng)畫(huà)。由此產(chǎn)生的引力波被LIGO探測(cè)到了。
恒星質(zhì)量的黑洞合并，在幾毫秒內(nèi)發(fā)出的光，比宇宙中所有的恒星的亮度之和都亮，超大質(zhì)量的黑洞合并，持續(xù)時(shí)間可達(dá)1周。這種能量是在超過(guò)5億太陽(yáng)質(zhì)量的黑洞合并時(shí)釋放出來(lái)的。如此大規(guī)模的災(zāi)難性事件將使合并成為自大爆炸以來(lái)最爆炸的時(shí)刻。
還可以更大。美國(guó)普林斯頓大學(xué)的一個(gè)天體物理學(xué)家團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)了兩個(gè)黑洞，它們的質(zhì)量都超過(guò)了太陽(yáng)的8億倍。這對(duì)星系距離地球25億光年。在3.21億光年存在一對(duì)黑洞——每個(gè)都在自己星系的中心——每個(gè)都有數(shù)百億太陽(yáng)質(zhì)量。因?yàn)檫@兩個(gè)黑洞屬于同一個(gè)星系團(tuán)中的星系，它們可能有一天會(huì)走到一起并合并。
圖片來(lái)源：ESA
雖然超大質(zhì)量黑洞合并的引力波還沒(méi)有被LIGO探測(cè)到，但正在建造的新儀器可能意味著超大質(zhì)量黑洞的碰撞將在未來(lái)幾年內(nèi)被觀測(cè)到。歐洲航天局計(jì)劃未來(lái)的任務(wù)“雅典娜”和“麗莎”，雅典娜是有史以來(lái)最大的x射線天文臺(tái)。這兩項(xiàng)任務(wù)將一起探測(cè)引力波，告訴我們引力波來(lái)自哪個(gè)方向，然后收集黑洞周圍氣體的x射線數(shù)據(jù)，以觀察碰撞如何影響黑洞。
另一方面，NANOGrav使用一種被稱為脈沖星時(shí)序陣列的方法。被稱為“脈沖星”的死亡恒星會(huì)發(fā)出有規(guī)律的無(wú)線電波，研究人員可以利用這些電波來(lái)探測(cè)引力干擾。其他的包括歐洲脈沖星計(jì)時(shí)陣和澳大利亞的帕克斯脈沖星計(jì)時(shí)陣。希望是在合并的最后階段，當(dāng)黑洞激發(fā)時(shí)，它們將以一致的頻率發(fā)射出振幅較大的引力波。
如果是這樣的話，那么在十年內(nèi)——在我們的有生之年——我們將見(jiàn)證整個(gè)宇宙中可能發(fā)生的最強(qiáng)大的事件。我們中的大多數(shù)人可能永遠(yuǎn)也無(wú)法離開(kāi)地球去觸摸月球，或者坐在火星上的山丘的陰影下。這些探測(cè)，這些圖像和聲音，這些視頻和數(shù)字，將是我們?cè)谛请H空間中最接近宇宙“生物”的時(shí)刻。
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