如果一個黑洞遇到了另一個黑洞,它們之間會發生什麼呢?

1915年物理學家愛因斯坦發表《廣義相對論》,這意味著稱雄了數個世紀但已不再普適的牛頓萬有引力定律終於迎來了繼任者

如果一個黑洞遇到了另一個黑洞,它們之間會發生什麼呢?

卡爾.史瓦西

在廣義相對論發表的同一年,和愛因斯坦一樣同為德國人的天文學家卡爾.史瓦西在一戰前線算出了廣義相對論引力場方程的第一個嚴格解,“史瓦西解”表明如果宇宙中任何一個天體的半徑小於史瓦西半徑,那麼該天體就會開始坍塌,它所在的時空區域將成為一個連光都無法逃逸的引力深井。

可惜的是卡爾.史瓦西在戰場上不幸患上了一種皮膚疾病,在軍方將其遣送回家兩個月後史瓦西病發身亡,年僅42歲。

1969年美國理論物理學家約翰.惠勒將大質量恆星晚年坍塌成的引力深井第一次命名為了“黑洞”,1974年英國物理學家史蒂芬.霍金提出了黑洞蒸發的概念,但由於任何一個天然黑洞都需要數萬億年才可能完全蒸發殆盡,所以目前黑洞壽命仍可以說是無限的。

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大型強子對撞機

歐洲大型強子對撞機(LHC)在2008年初次啟動測試前曾有人擔心這種前所未有的高能實驗會在粒子撞擊的瞬間產生微型黑洞進而“毀滅地球”,但相關物理學家論證後認為對撞機的功率尚不足以產生黑洞,而且就算產生了微型黑洞也會在管道內部的“高度真空”中因為霍金輻射而瞬間蒸發殆盡。

在卡爾.史瓦西從數學角度肯定黑洞的存在後,黑洞物理逐漸變得熱門起來

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恆星坍塌成黑洞

錢德拉塞卡極限(1.4倍太陽質量)和奧本海默極限(3.2倍太陽質量)的出現為人類指明瞭不同質量恆星的不同命運。

現代物理學認為大質量恆星在生命末期時如果核心區域質量超過了太陽的2.44倍,那麼核心區域的引力就會強大到壓碎原子核與中子以及夸克,由於夸克之後再沒有物質可以抵禦如此強度的引力,所以該恆星核心區域最後就會變成一個連每秒三十萬公里的光都無法逃逸的黑洞,其實嚴格來說光並不是“無法逃逸”,而是因為黑洞扭曲了時空從而讓測地線閉合了。

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近距離黑洞

太陽系起源於46億年前的星雲坍塌,但宇宙中除了太陽這種恆星系外還有著“雙恆星系統”甚至是“三恆星系統”(不過目前並沒有發現以三體狀態運動的三星系統),宇宙多恆星系統中的恆星一般圍繞共同質心進行公轉。

如果雙星系統內的兩顆恆星都是大質量恆星的話,若干億年後兩顆大質量恆星就會在引力作用下坍塌成兩顆黑洞,而後兩顆黑洞會互相圍繞彼此公轉並縮短距離。

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中雙子星引力波

由於黑洞本身屬於“極端扭曲時空”的天體,所以兩顆黑洞旋進過程中會劇烈擾動周圍時空產生強烈的引力波信號,這和雙中子星碰撞過程中產生的引力波引沒什麼不同。

2015年9月14日LIGO觀測站偵測到了第一個由兩顆黑洞相撞引發的引力波信號,後來的數據分析表明兩顆黑洞的質量分別為29.8倍和35.4倍太陽質量,它們最終合併成了一個位於14億光年外,62.2倍太陽質量的“新黑洞”。

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雙黑洞合併

2016年6月16日LIGO又確認了一起雙黑洞合併產生的引力波信號,只不過這個引力波信號早在2015年12月26日就掃過地球了,科學家們用了大半年才將其分析出來。

由於黑洞本質上也是一種天體因此它們的碰撞和其他天體的碰撞會有很多相似之處,比如說第一次探測到的雙黑洞質量總和是65.2倍太陽質量,但後來生成的新黑洞質量卻只有62.2倍太陽質量,可以看出這個過程中有3個太陽質量以引力波和其他方式被消耗掉了。

如果一個黑洞遇到了另一個黑洞,它們之間會發生什麼呢?

雙黑洞碰撞


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