為什麼黑洞總是成對出現?13億光年外持續0.2秒的引力波揭示真相

核心提示:從2015年開始,LIGO宣佈陸續發現瞭40多次黑洞合並,它們都屬於雙黑洞系統,這些質量為太陽數十倍的黑洞似乎經常以雙黑洞的狀態出現,有點成雙成對的意思。GW150914引力波持續瞭0.2秒,卻釋放瞭宇宙中所有可觀測到的恒星總能量50倍以上的能量釋放,也堪稱一絕。


宇宙印象 深度科普欄目第1105期 2015年,激光幹涉儀引力波天文臺首次探測到引力波的存在,開啟瞭引力波天文學的探測序幕,讓我們有機會接觸到數億光年之外的大質量天體事件。第一個引力波信號GW150914被發現來自13億光年外兩個巨大的黑洞,質量分別是太陽的36倍和29倍,合並後釋放瞭0.2秒的引力波,相當於宇宙所有恒星加起來50倍的能量。

為什麼黑洞總是成對出現?13億光年外持續0.2秒的引力波揭示真相

圖片解讀:GW150914引力波信號來自13億光年之外

為什麼黑洞總是成對出現?13億光年外持續0.2秒的引力波揭示真相

圖片解讀:GW150914引力波形成於兩個黑洞合並

在接下來幾次引力波事件中,我們進一步發現瞭多個黑洞合並案例,換句話說,也隻有黑洞、中子星級別的天體合並,才能釋放出如此強大的引力波。不難看出,黑洞為什麼會合並,這個問題似乎有瞭答案。愛因斯坦在廣義相對論中就預測黑洞的命運,它們最終會通過合並結束一生,變成一個更大的黑洞,在這個過程中會出現引力波。

從2015年開始,LIGO宣佈陸續發現瞭40多次黑洞合並,它們都屬於雙黑洞系統,這些質量為太陽數十倍的黑洞似乎經常以雙黑洞的狀態出現,有點成雙成對的意思。並非所有恒星都會形成黑洞,隻有質量足夠大,才能形成黑洞。諸如太陽這樣的恒星,是肯定不會變成黑洞的,因為太陽質量不夠大。大質量黑洞需要30個太陽以上的質量,此類恒星在演化過程中就處於“頭部位置”,能夠形成更大的黑洞。頭條獨傢的宇宙印象指出,恒星世界中也有“練級”這麼個說法,恒星的終極目標就是變成黑洞,那麼恒星就要不斷獲得質量。

為什麼黑洞總是成對出現?13億光年外持續0.2秒的引力波揭示真相

圖片解讀:黑洞合並能夠釋放宇宙中最強大的引力波,其次應該是中子星合並,黑洞和中子星也是人類所知道的最強大天體。

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圖片解讀:黑洞合並釋放的引力波信號已經達到40多個,那麼黑洞的形成之路就是恒星升級的過程

以GW150914中那個36倍太陽質量黑洞為例,形成這樣的黑洞需要的質量超過100個太陽質量的恒星;而另外一個29倍太陽質量的黑洞,要形成它就需要40個太陽質量的恒星。合並之後形成一個62倍太陽質量的黑洞,損失3個太陽質量,這些質量轉化為能量,形成引力波。問題就出現瞭,100個太陽質量的恒星哪裡找?超過太陽100倍質量的恒星當然是有,但是比較少,比如在R136星團中我們就發現瞭250倍太陽質量的恒星,Eta Carinae恒星質量也在太陽質量的100倍以上,HD 15558恒星質量為152倍太陽質量,因此宇宙還是有100倍太陽質量以上的恒星。但是要形成這樣的恒星,需要恒星之間發生合並,這也是恒星演化中一條非常重要的通道:要想變成黑洞,就要先變成大質量恒星。

GW150914引力波事件給瞭我們對恒星演化的新認識,科學傢估計宇宙中有14%的恒星通過合並的方式形成更大質量的恒星,然後通過超新星爆發形成黑洞。GW150914引力波持續瞭0.2秒,卻釋放瞭宇宙中所有可觀測到的恒星總能量50倍以上的能量釋放,也堪稱一絕。

為什麼黑洞總是成對出現?13億光年外持續0.2秒的引力波揭示真相

圖片解讀:大質量恒星是形成黑洞的基礎

這似乎也是在宣告:我終於修煉成功瞭!恒星也要打怪升級,通過合並增加自己的質量,這可能是宇宙中的生存法則,不論是地球上,還是宇宙中,肉弱強食都是永恒不變的法則,恒星這些沒有“生命”的天體也要按此規律進行演化。否則,隻能變成矮星,觀看其它大質量恒星在宇宙中宣示自己的成功。這些大質量恒星還會演化成黑洞,最終將這些矮星給吞並瞭。宇宙印象為今日頭條獨傢,其他均為假冒,轉載均為非法。

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