时事脉搏

两个深不见底的黑洞碰撞之后,结果出人意表⋯⋯

拾方视角 | 2020-06-29

黑洞由于引力异常强大,连电磁辐射和光线也无法逃脱,因此理论上无人能用肉眼捕捉黑洞,只能凭黑洞形成时所产生的巨大重力波(gravitational wave)而侦测到。因此,当黑洞碰撞和合并时,由于两个都看不到,更加不会被观测到。

科学期刊《物理评论快报》(Physical Review Letters)今年6月发表的一篇论文报道,一群科学家表示首次侦测到两个黑洞合并时所产生的耀斑(flare),比太阳所释放出来的光亮一万亿倍。

研究的主要作者、美国加州理工学院天文学教授马修‧格拉咸(Matthew Graham)说:「我们看到来自宇宙未见部分的视觉信号。」

2019年5月21日,美国国家科学基金会(National Science Foundation)的雷射干涉仪重力波观测站(Laser Interferometer Gravitational-wave Observatory,简称LIGO)发现接收到太空中的重力波讯号,显示这是来自超大质量的黑洞合并,科学家称这次事件为「S190521g」。

34日后,位于加州圣迭戈(San Diego)兹威基瞬变设施(Zwicky Transient Facility,简称ZTF)侦测到这次黑洞合并时产生的耀斑。同时是兹威基瞬变设施项目科学家科学家的格拉咸和他的研究团队分析了ZTF所搜集到的数据,并在日前发表了有关研究。

科学家经仔细分析,这次惊人的合并在一个名为「J1249+3449」的超大质量黑洞附近发生,这个黑洞距离地球四十亿光年,直径相当于地球环境太阳轨道的距离。而牵涉的两个黑洞面积与怀特岛(该岛位于英伦海峡、面积约380平方公里)相约,合并后的特大黑洞总质量相等于五十个太阳。

(图:网上图片)(图:网上图片)

当时这两个黑洞是以螺旋型向内合并,同时产生了重力波讯号,大量尘埃和气体,被放射到附近的太空。

主导研究的格拉咸说:「这个超大质量黑洞在这次突如其来出现了耀斑之前已经存在多年了。我们的结论是,这些耀斑很可能是黑洞合并时所产生的。」

过往一些天文学家假设,在不寻常的情况下如黑洞合并时,黑洞吸积盘周围的气体可能会因高速运行而产生光,而这是首次科学家侦测到这种现象。

吸积盘是一个由恒星、尘埃和气体组成的光环,围绕着巨大的中央沉洞(sinkhole)旋转。纽约市立大学研究生中心的萨维克·福特(K.E. Saavik Ford)将吸积盘比喻「像愤怒的蜜蜂聚集在一头蜂后周围一样。」

这个发现有助证实有关黑洞的一个中心问题,即宇宙中的重量级黑洞远远超过应有的数量。古代恒星衰亡后坍塌收缩而形成了黑洞,这些黑洞合并而形成更大的黑洞,但在理论上,部分大型黑洞要扩大到可被观测到的体积,所需的时间应该比宇宙的年龄更长。在逻辑上又怎可能呢?

一个可能的解释是,这些黑洞是经过多轮合并而形成的。伯明翰大学重力波天文学研究所所长阿尔伯特·维切奥Alberto Vecchio说:「倘多个黑洞可以聚集在一起,那么多轮合并的可能性更大。而气体就是黏合剂。」 
 

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