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宇宙最强能量秀:黑洞合并,1秒释放的能量如何撕裂时空?

黑洞碰撞,绝对是宇宙深处众多令人惊叹的事情中,分量最重的一个。两个密度大到难以想象的黑洞相遇,不仅改变了时空模样,更释放

黑洞碰撞,绝对是宇宙深处众多令人惊叹的事情中,分量最重的一个。两个密度大到难以想象的黑洞相遇,不仅改变了时空模样,更释放出足以撼动整个宇宙的能量。

带着多半的偶然性,两个黑洞相遇了。它们或许源自大质量恒星死亡后的坍缩,或许是潜伏在星系中心的超大质量黑洞。彼此的引力疆域一旦被踏入,漫长的绕转便随之开启。数百万年的时间,这个过程足以延续,每完成一圈绕转,部分轨道能量都会被损耗,这些能量会以引力波的形式向宇宙扩散。绕转速度在持续加快,距离却在慢慢缩小,最后几分钟,光速的相当一部分会成为它们的运行速度,产生的引力波强度足以穿越数十亿光年。

质量守恒,咱们平时常说的这个规律,在黑洞这儿好像不太适用。一部分质量直接转化为引力波逃逸,这种情况放在地球上,简直让人无法想象。但黑洞的世界本就特殊,合并后诞生的新黑洞,并非简单叠加原始质量,而是拥有了专属的独特属性。

黑洞的描述,只需两个参数,也就是质量与自旋,这是克尔在1963年提出的理论。原来两个黑洞的事件视界面积总和,永远不会超过新黑洞的事件视界面积,这与热力学第二定律有着惊人的相似,让人不禁怀疑,黑洞物理与热力学之间存在着深层联系。

两个原始黑洞的质量总和,通常比新黑洞的质量略大,缺失的部分全部转化成了引力波能量。但新黑洞的自旋会显著增强,因为原始两个黑洞的轨道角动量,全部转移到了它的体内。广义相对论允许的极限,有些新黑洞已经逼近,它们每秒能旋转数百圈。说实话,如此惊人的旋转速度,很难让普通人想象,毕竟这个天体的质量,是太阳的几十倍、上百倍,要是把它放在太阳系里,整个行星轨道都会被搅乱。

科学家检验广义相对论,获得了绝佳的机会,这要归功于黑洞碰撞,同时我们也目睹了宇宙奇观。碰撞黑洞的质量、自旋、距离,以及它们形成的环境,都能通过分析引力波信号的细微特征被科学家推算出来。更小的黑洞合并,孕育出了第二代黑洞,这是科学家最近发现的证据,它们并非由恒星直接坍缩形成。传统恒星演化理论无法解释的现象,质量超过100倍太阳的黑洞存在,这种层级合并给出了合理的答案。

我一直觉得,黑洞合并绝非简单的数量叠加,它是宇宙中特殊的能量转化与天体重塑过程,星系的结构会被这些超级黑洞塑造,宇宙的化学演化会被它们驱动,生命的起源也可能在某种程度上受到它们的影响。

我们对宇宙的认知,正在被黑洞碰撞相关研究不断刷新。广义相对论得到了这些事件的验证,量子引力、黑洞信息悖论等基础物理问题的研究,也因此开辟了新的方向。更多、更远的黑洞合并事件,即将发射的LISA空间引力波探测器能够捕捉到,甚至宇宙早期第一代恒星形成的黑洞,也可能被它观测到。宇宙中黑洞形成的完整脉络,未来的爱因斯坦望远镜有望帮我们理清,它可能探测到所有黑洞合并事件。

动态演化,是宇宙始终保持的状态,它从未静止过。宇宙演化史上的重要节点,正是每一次黑洞合并,这些极端事件的背后,蕴含着宇宙的基本规律。更多的秘密,还在等待我们未来去探索,我们对黑洞的了解,目前尚处于冰山一角,宇宙的精彩,从来没有让人失望过。