wenxuefeng360 / 物理 / 宇宙最强引力波将诞生?两个超大黑洞未来...

分享

   

宇宙最强引力波将诞生?两个超大黑洞未来可能猛烈碰撞在一起

2019-07-15  wenxuefen...

天文学家发现一对遥远的超大质量黑洞,可能在未来的某个时刻发生对撞;这两个黑洞座落于一个距地球25亿光年的星系,每个黑洞的质量是太阳的8亿倍。此项研究由普林斯顿大学研究学者安迪·戈尔丁领导。在7月10日的《天体物理学》上,戈尔丁、曼加莱利以及普林斯顿大学和美国海军研究实验室的科学家阐述了这一发现。

产生宇宙最强引力波

宇宙最强引力波将诞生?两个超大黑洞未来可能猛烈碰撞在一起
  • 一个距地球25亿光年的星系,存在一对超大质量黑洞。环绕这对黑洞的暖气体和明亮恒星暴露了它们的位置

根据天文学家的观测,这两个黑洞在不断靠近的过程中,泛起的引力波涟漪将穿过周围的时空。这些宇宙涟漪将与尚未被探测到的来自其它超大质量黑洞的引力波背景噪音结合在一起。即使发生对撞前,这对黑洞产生的引力波强度也远超此前探测到的小规摸黑洞和中子星合并产生的引力波

宇宙最强引力波将诞生?两个超大黑洞未来可能猛烈碰撞在一起

激光干涉引力波天文台(LIGO),用于探测引力波

超大质量黑洞对的发现者之一、纽约熨斗研究院计算天体物理学中心的副研究科学家奇亚拉·曼加莱利表示:“超大质量黑洞对能够产生宇宙内最猛烈的引力波。它们产生的引力波强度是激光干涉引力波天文台(LIGO)探测到的引力波的100万倍。”

估算超大黑洞数量

这两个超大质量黑洞之所以引起天文学家的浓厚兴趣,是因为它们距地球大约25亿光年。在天文学领域,观测遥远天体就像让时间倒流。出现这对黑洞时,宇宙的年龄比现在年轻25亿岁。巧合的是,天文学家估计黑洞大约需要25亿年,才开始产生猛烈的引力波

在当前的宇宙,黑洞也在产生引力波,但即使以光速的速度传播,几十亿年内也不会抵达地球。发现这对超大质量黑洞有助于科学家估算地球附近有多少超大质量黑洞能产生我们探测到的引力波

揭示星系合并频率

宇宙最强引力波将诞生?两个超大黑洞未来可能猛烈碰撞在一起
  • 艺术概念图,一个被致密气体-尘埃盘环绕的星系中央超大质量黑洞

探测到引力波背景有助于科学家揭开天文学领域的一些最大谜团,例如星系合并的频率,超大质量黑洞对究竟是合并,还是彼此环绕并陷入一曲几乎无止境的华尔兹舞。研究论文合著者、普林斯顿大学天体物理学教授詹尼·格里纳指出:“我们不知道超大质量黑洞是否会发生合并,这是天文学界的一大尴尬。

每一个致力于黑洞物理学研究的科学家都应付出自己的努力,揭开这个长久以来存在的谜团。”超大质量黑洞堪称的宇宙中的质量怪兽,质量可达到太阳的数百万倍,甚至数十亿倍。包括银河系在内,几乎所有星系的中央都至少存在一个超大质量黑洞。星系合并时,它们的超大质量黑洞相遇,开始彼此环绕。随着时间的推移,在黑洞之间穿过的气体和恒星不断盗取能量,导致它们的轨道愈发紧凑

宇宙最强引力波将诞生?两个超大黑洞未来可能猛烈碰撞在一起
  • 引力波是时空结构泛起的涟漪,由两个致密天体合并导致,例如黑洞或者中子星。这种涟漪的传播速度达到光速

一旦两个超大质量黑洞靠得足够近,能量窃贼通常停止“作案”。一些理论研究表明两个超大质量黑洞在相距大约1秒差距(约合3.26光年)时停止脚步。这种现象几乎会永远持续下去,被称之为“最后一秒差距问题”。在这种假设中,只有三个或更多超大质量黑洞组成的罕见洞群能够发生合并。

不过,天文学家很难搜寻到停止脚步的超大质量黑洞对,因为在两个黑洞进入最后一秒差距前很久,它们就因为距离太近而无法分辨。此外,在克服最后一秒差距障碍并进一步靠近前,它们不会产生强烈的引力波。此次发现的超大质量黑洞对大约相隔430秒差距

宇宙最强引力波将诞生?两个超大黑洞未来可能猛烈碰撞在一起

黑洞吸食伴星的气体

天文学家认为如果不存在最后一秒差距问题,宇宙中将遍布超大质量黑洞对产生的强引力波。戈尔丁表示:“这种噪音被称之为引力波背景,有点像在夜晚乱叫的一群蟋蟀。你无法区分这些蟋蟀,但噪音的分贝能够帮助你估算蟋蟀的数量。”(当两个超大质量黑洞最终相撞并合二为一,它们会释放出雷鸣般的噪音,让其它任何噪音都无法望其项背。这种事件短暂并且异常罕见,科学家并不认为能够在短期内观测到。)

提供实际观测的估算依据

超大质量黑洞对产生的引力波频率并不在LIGO和处女座探测器等实验的观测范围内。引力波猎人利用脉冲星阵列充当节拍器。这种快速旋转的恒星以稳定的节奏释放无线电波。如果引力波延伸到或者挤压地球和脉冲星之间的空间,这个节奏便会发生小幅改变。

宇宙最强引力波将诞生?两个超大黑洞未来可能猛烈碰撞在一起
  • 超大质量黑洞艺术概念图。这种黑洞被炙热坠落物质形成的吸积盘环绕,再往外便是一个多尘环面。黑洞的两极还会喷射高速物质流,能够在太空中延伸极远的距离

利用脉冲星计时阵探测引力波背景需要监测大量恒星,需要很耐心。一颗脉冲星的节奏在10年内可能只发生几百纳秒的变化。背景噪音的声音越大,脉冲星计时阵的变化幅度越大,让天文学家更早发现引力波背景。戈尔丁、格里纳和研究小组的其他天文学家借助哈勃太空望远镜探测到这对超大质量黑洞

超大质量黑洞无法通过光学望远镜被直接观测到,但它们被自身强大引力拖拽束缚的明亮恒星和暖气体环绕。戈尔丁表示新发现的超大质量黑洞对所在的星系是迄今为止在宇宙中发现的最明亮的星系之一。此外,这个星系的核心喷射两道引人注目的气体羽流。在研究人员将哈勃望远镜对准这个星系并揭示其庞大气云的源头后,他们发现这个星系存在两个超大质量黑洞。

宇宙最强引力波将诞生?两个超大黑洞未来可能猛烈碰撞在一起

超级计算机模拟图,黑洞合并释放引力波

随后,观测人员与研究引力波的物理学家曼加莱利和普林斯顿研究生克里斯·帕尔多合作,从引力波背景的角度解读观测发现。研究发现提供了一个锚点,可帮助科学家估算可观测范围内存在多少超大质量黑洞对。此前的评估依靠星系合并频率的电脑模型,而不是对超大质量黑洞对的实际观测。

帕尔多和曼加莱利根据研究发现得出预测,地球附近存在大约112个放射出引力波的超大质量黑洞。大约5年后,科学家可能第一次探测到超大质量黑洞产生的引力波背景。如果没有上演这一观测发现,证明最后一秒差距问题可能无法逾越。现在,研究小组正对可能存在超大质量黑洞对的其它类似星系进行观测。发现更多超大质量黑洞对将帮助科学家进一步精确他们的预测

博科园|文:托马斯·萨姆纳

转自:漫步宇宙/qqtaikong

博科园|科学、科技、科研、科普

    本站是提供个人知识管理的网络存储空间,所有内容均由用户发布,不代表本站观点。请注意甄别内容中的联系方式、诱导购买等信息,谨防诈骗。如发现有害或侵权内容,请点击一键举报。

    0条评论

    发表

    请遵守用户 评论公约

    类似文章 更多
    喜欢该文的人也喜欢 更多

    ×
    ×

    ¥.00

    微信或支付宝扫码支付:

    开通即同意《个图VIP服务协议》

    全部>>