不只有引力波,還發光?別急,讓黑洞再飛一會兒

2020-11-25 手機鳳凰網

黑色的太空裡，兩個黑洞合二為一 | 別看了，就是黑的

黑暗深邃的太空，兩個黑色的黑洞合二為一，併合成同樣黑色的新黑洞。

這個過程，黑黑得黑，通常是不發光的。

至少，大多數人之前是這麼認為的。

然而，不久前，一組天文學家宣稱，他們可能看到了雙黑洞併合事件導致的光亮。自引力波直接探測到黑洞併合以來，這還是破天荒的頭一次。

只不過，他們宣稱看到的光亮，出現在引力波探測到雙黑洞併合事件的足足35天之後。

乍看上去，似乎不怎麼靠譜啊……

但看完他們對事情來龍去脈的解釋之後，我承認，我的想像力還是太有限了。

學天文這麼多年，沒想到還可以有這麼科幻的景觀出現在這個宇宙中。

腦洞比《星際穿越》更大！

在電影《星際穿越》裡，我們見識過卡岡圖雅的世界：一整個行星系統，不是圍繞太陽這樣的恆星，而是圍著一個大約1億倍太陽質量的超大黑洞旋轉。

超大質量黑洞卡岡圖雅和它的行星 | 電影《星際穿越》劇照

這腦洞本已突破天際，但如果我們再進一步，把那些行星換成黑洞，再把行星的衛星也都換成黑洞呢？

在卡岡圖雅系統中，一個熾熱的吸積盤圍繞著中心超大質量黑洞高速旋轉著——但它的尺度似乎局限在最內側的行星以內。

吸積盤，黑洞周邊的物質盤，不只是塵埃盤這麼簡單。在爭先恐後掉落向中心超大質量黑洞的過程中，吸積盤上的物質相互之間劇烈摩擦，可以達到極高的溫度。這一過程的產能效率，甚至比核聚變還高出幾十倍——最多可以把折合盤上物質四成多的質量轉化成輻射釋放出來，堪稱宇宙中最強的垃圾燃燒發電（光）廠。

正因為如此，黑洞卡岡圖雅才給周圍的行星帶來了光和熱。而在真實的宇宙當中，一些黑洞也因此成為了宇宙中最明亮的天體。

如果，我們再進一步，讓這吸積盤拓展拓展，一直拓展到數百倍於日地距離以外，把所有由黑洞組成的「行星」和「衛星」全都淹沒呢？

熾熱海洋裡的雙黑洞之舞

幾十倍於冥王星軌道大小的熾熱海洋，翻卷著、咆哮著。出沒其間的，是遠比中心超大質量黑洞微小的恆星級黑洞——質量一般只有太陽的幾十到上百倍。它們仿佛這片海洋中黑暗的遊魚，競逐著、嬉戲著。

超大質量黑洞吸積盤中的恆星質量黑洞，藝術家想像圖 | Caltech/R. Hurt (IPAC)

當兩個這樣的小質量黑洞偶然糾纏在一起，它們以比武之姿相互繞轉，試探、試探，越繞越近、越纏越緊——緊繃的氣氛到最後一剎終於崩壞，隨著一聲悽厲的鳥鳴，兩個黑洞終於合二為一了。

這鳥鳴，攪動整個宇宙的時空，形成一陣陣引力波的漣漪向外擴散，直到上億光年之外的地球。

這一天，是地球上的2019年5月21日，雷射幹涉引力波天文臺（LIGO）和室女座引力波天文臺（Virgo）觀測到一起雙黑洞併合引力波事件，編號S190521g。

這就完了？不，還沒。

飛翔吧，黑洞，在吸積盤之上

在那兩個黑洞併合的一剎那，由於二者質量懸殊，引力波發射並不均衡。偏向一側的引力波產生巨大的反作用力，讓剛剛併合形成的新黑洞獲得巨大的動能——

它像一顆子彈，射了出去。

一顆在「海洋」中超音速飛行的子彈。

這顆上百倍太陽質量的黑洞子彈，在吸積盤的熾熱海洋中高歌猛進，所到之處，拉出一條由激波擴散形成的尾跡。

然後，它飛出了那並不算太深的「海水」。

就像一隻衝出海面、在十幾米高空中「飛翔」的虎鯨。

「飛」出洋面的虎鯨 | Biosphoto/Christopher Swann

且說那「水體」被高速撕開時拉出的激波，比「海洋」本身更加熾熱，發出明亮的光。

但稠密的吸積盤，卻不允許這光子輕易逃逸出來。每一顆光子，都需要在跟「海水」碰撞摩擦幾十天之後，才能鑽出洋面。

然後，它們同樣飛向了廣袤的太空——其中有那麼些個光子，飛向了銀河系，飛向太陽，飛向了地球。

35天後，類星體異常增亮！

就在觀測到那起雙黑洞併合引力波事件的35天之後，茲維基瞬變現象監測儀（Zwicky Transient Facility）在引力波可能源起的方向上，發現一個類星體突然增亮，持續了40天，然後才再度暗淡下去。

安裝在1.2米口徑塞繆爾·奧斯欽望遠鏡上的茲維基瞬變現象監測儀 | 美國加州理工光學天文臺

類星體，正是星系中心的超大質量黑洞因為吞噬大量物質、吸積盤發光發熱而形成的宇宙中最明亮的一類天體。

那些天文學家腦洞大開，提出如此科幻的一個場景，把類星體的異常增亮跟雙黑洞併合聯繫在了一起——

由於稠密吸積盤的遲滯，我們接收到光子比接收到引力波遲了35天；又由於黑洞射穿吸積盤，飛出了吸積盤表面，於是激波導致的增亮沒過多久便又消失了。

事情真是這樣的嗎？也不一定。

畢竟以目前人類的觀測手段，實在是看不清百億光年之外，一個比太陽系大不了多少的超大黑洞周邊，到底發生或者沒有發生過什麼。

不過發表這篇論文的天文學家認為，他們已經排除了類星體正常光變、超新星、微引力透鏡事件等其他原因的可能，雙黑洞併合踹飛黑洞是目前可能性最大的解釋。

那，如何才能進一步驗證呢？

飛翔在空中的虎鯨，總有掉回洋面的一刻；飛翔在吸積盤上空的黑洞，也會有重新落入「汪洋」之時——按照那些天文學家的推算，倒是等不了太久，大約也就幾年而已。

現在天文學家已經鎖定目標，加強監測，就等著捕捉黑洞「入水」再次激起的璀璨浪花了。

作者：劉博洋

編輯：Steed

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