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活久見!100億光年以外的兩個黑洞碰撞,讓地球都為之震動0.1秒
2023/09/18

0.1秒的振動,如此短暫又常見的現象,這似乎沒什麼可稀奇的。但如果產生這0.1秒振動的是地球,并且導致這次振動的源頭還在 距地球100多億光年以外呢?

能釋放出這樣強大能量的沒有其他天體——正是宇宙中最強大的黑洞。而且還是兩個黑洞「爭老大」,所產生的波動,讓整個宇宙都為之震撼。2019年,它就在我們不知道的時候悄然發生了。

GW190521引力波信號

需要注意的是,與我們常說的地震不同,這種振動是受到外力沖擊產生的波動,會引起物體的形變。像是籃球受到拍打的一瞬間,盡管只發生了微小的形變,但還是被LIGO引力波探測器捕捉到了。

2019年5月21日,距離我們100多億光年以外的兩個黑洞發生了碰撞,并因此融合合并在了一起。

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在它們碰撞融合的一瞬間,產生了難以想象的巨大能量。這種劇烈的能量爆發引起了時空的扭曲和振動,將引力以波的形式傳播出去。

當引力波經過我們所處的時空區域時,它會像一股巨大的漩渦扭曲著周圍的時空結構,產生有節奏的壓縮和拉伸。這種時空變形在物理學中被稱為「引力波探測器效應」,它能夠對位于這個時空內的物體形狀產生影響。

後來科學家們將這次的引力波命名為GW190521。盡管它只是讓地球周圍的空間發生了大約千分之一質子直徑的變化,但是這仍然是人類有史以來第一次觀測到地球及其周圍的空間因為引力波而產生振動。

其實,如果把宇宙看作海洋,黑洞合并就像被扔進海洋的小石子,短暫的激起周圍小小一片漣漪。而地球就是海洋中某個被這個漣漪邊緣碰到的微生物。

引力波信號的產生

2015年,人類首次成功捕捉到引力波信號,這是對黑洞碰撞現象的直接觀測。這一發現標志著引力波天文學的誕生,為我們深入研究黑洞和宇宙提供了新的途徑。隨后,科學家們陸續發現了更多黑洞碰撞事件,這讓我們對宇宙中黑洞的分布、演化有了更全面的認識。

通過觀測引力波,科學家們得出了一些令人驚訝的結論。他們發現,在黑洞碰撞過程中,數倍甚至數十倍太陽質量的物質會轉化為引力波能量的形式釋放出來,這產生的峰值功率可達整個可見宇宙的幾十倍。

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這些巨大的能量釋放對宇宙帶來了巨大的影響,可能使周圍的天體產生震動、變形甚至爆發。

其實,自從2015年以來直至2022年底,科學家已經觀測到了超過90次的引力波信號。由此看來,引力波信號其實在宇宙中也不算少見。為什麼只有GW190521那麼為人津津樂道呢?就因為它讓地球產生了0.1秒的振動?

GW190521有多特殊

事實不僅如此。一般來說,宇宙中形成引力波的原因主要是兩種天體的合并,即中子星和黑洞。其中,雙黑洞合并是引發引力波最常見的原因。

宇宙中的黑洞也是分等級的,科學家根據質量,將黑洞劃分為了三類:恒星級黑洞、中等質量黑洞和超大質量黑洞。

作為黑洞中最小的一級,恒星級黑洞通常是直接由恒星核坍縮而來。

而中等質量黑洞則是來自恒星級黑洞的一次次合并。而根據科學家的觀測,GW190521的產生是由于兩個質量分別為85倍太陽質量和66倍太陽質量的黑洞合并,但是恒星級黑洞質量的上限一般為50個太陽質量。

因為根據現有理論推導,要是能產生50個太陽質量的恒星級黑洞,至少是比太陽重130倍的超大恒星發生超新星爆發。但是要是達到這種質量的恒星,在發生超新星爆發時會產生正反粒子,從而導致爆發極不穩定,這種爆發往往會把恒星炸的什麼都不剩,是不會留下可以坍縮成黑洞的殘骸的。

那麼這兩顆85倍太陽質量和66倍太陽質量的黑洞是從哪來的呢?以現在的科學認知,只有一種解釋。這兩個黑洞也是由更小的其他恒星級黑洞合并而來的。

但是,在如此浩瀚的宇宙,兩個黑洞撞在一起本來就已經不平常了,更何況現在是四個黑洞分別兩兩相撞后,再合并在一起,這種事發生的機率未免也太低了,真的有可能發生嗎?

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天文學家認為,或許,在星系中心的超大質量黑洞附近有可能發生。因為超大質量黑洞附近有許多恒星級黑洞,在那里的黑洞密集程度,足以實現剛才提到的多個黑洞重復合并。

總之,黑洞合并是宇宙中一種令人驚嘆的現象,它通過引力波的釋放向我們傳遞了宇宙的信息。科學家利用先進的技術和設備對引力波進行觀測和分析,以揭示黑洞的性質和宇宙的奧秘。隨著技術的發展和觀測的不斷深入,我們相信將來會有更多關于黑洞合并的發現和突破。

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