在宇宙中,黑洞的合併是一個偶然事件?還是必然的結果

2020-12-04 天文在線

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合併？難道它們是合作夥伴的關係？也許吧。

雷射幹涉引力波天文臺(LIGO)經過對兩個正在合併的黑洞模擬圖像的正面觀察，正式宣布從前兩次的觀測運行中，已經發現了10次這樣的合併現象發生。(SXS的透鏡)

通過LIGO和Virgo幹涉儀的觀測過程中發現：越來越多的雙黑洞合併現象出現。此刻，我們不得不有一些疑問：產生合併現象的黑洞之間有什麼共同之處嗎?還是說它們完全是隨機配對？

雙黑洞以及它們的來源

關於雙黑洞是如何形成的問題，目前仍然對此存在很大的爭議，由於所涉及的黑洞質量比預期的要高，導致這個問題變得更加複雜，

對於雙黑洞的討論，一部分天文學家認為雙黑洞是由於大質量恆星已經存在於雙星系統中才會出現的現象，同時，另一些天文學家則提出了這樣的假設: 在稠密的恆星群中，黑洞會彼此相遇並配對。

另一種可能性則是，雙黑洞中的黑洞形成於宇宙早期，跳過了恆星的存在，最終形成了雙星。

藝術家們對於兩個黑洞在太空中合併現象的見解。(LIGO / T Pyle)

雙黑洞合併現象是一個很好的機會讓我們去研究雙黑洞領域的知識 ，合併的構成屬性(如質量)被歸為產生的引力波中。

在最初的兩次觀測中，LIGO和Virgo觀測到了10次雙黑洞合併，所有被觀測的黑洞，其質量似乎出現了從18到84倍之間不等的太陽質量現象。在一項新的研究中，瑪雅·菲什巴赫和丹尼爾·霍爾茲(芝加哥大學)探測出雙黑洞是如何根據它們的質量進行配對。然而，他們卻發現了一些有趣的事情——原來雙星中的黑洞彼此之間，可能有著比我們想像中更多的共同點!

潛在的分布

瑪雅·菲什巴赫和丹尼爾·霍爾茲試圖通過不同的黑洞質量分布來理解雙黑洞的配對現象。一般來說，他們考慮了三種情況:

這張圖用藍色顯示了，在前兩次的探測中，LIGO在雙星系統中已經得知，黑洞不存在不確定因素。當黑洞存在不確定因素的時候，通過LIGO探測系統探測到的10次雙黑洞合併現象將擁有相同的質量分量。(LIGO-Virgo /弗蘭克Elavsky /美國西北部)

1、黑洞的合併是偶然的嗎？

2、黑洞質量分布受黑洞內最小質量與最大質量的約束，這個比例在大黑洞質量之間。

3、黑洞質量分布取決於最小值很最大值的質量，這個質量比在大黑洞組成部分和大黑洞總質量，對10個可利用的大黑洞合併觀測得到的數據上進行建模應用和設想，菲什巴赫和霍爾茨得出兩個主要發現：隨機配對是完全不受歡迎的，超大黑洞中的黑洞質量相似的可能性是不相似的5倍，他們還發現系統的總質量也許對超大黑洞的配對沒有太大影響作用。

以質量相似的黑洞破滅組成超大黑洞模型一般涉及到大質量恆星雙星，也並不排除其他機制，但是菲什巴赫和霍爾茨的認為未來模型可能需要參考超大黑洞的質量比。

當然，這個內容僅僅是基於是個黑洞觀察，不管怎樣嗎，隨著現在對獅子座和處女座的更多觀察，天文學家不久的將來能夠發現這其中的奧秘並且最終解決這個難題。

相關知識

黑洞是一個時空區域，存在宇宙空間的一種天體，它具有極其強大的引力，沒有任何粒子甚至像光這樣的電磁輻射都不能能從中逃逸出來。（黑洞是時空曲率大到連光都無法從其事件視界逃脫的天體）。

廣義相對論預言一個足夠緊密的質量可以使時空變形形成黑洞。

事件視界，是空間時間中不可逃逸區域的邊界（任何東西和人一旦進入事件視界，就會很快地到達無限緻密的區域和時間的終點，物體和人可以通過事件視界落到黑洞中去，但是沒有任何東西可以通過事件視界逃離黑洞），儘管事件視界對穿越它的物體的命運跟環境有著巨大的影響，它沒有局部可察覺的特徵

在很多方面，黑洞就像一個完美的黑體，因為它不反光。

而且，量子場論在彎曲時空中預測視界發射霍金輻射，與溫度與質量成反比的黑色物體具有相同的光譜，對於恆星質量的黑洞來說，這個溫度大概是十億分之一開爾文（熱力學溫度單位），這個導致它基本上無法觀察。

作者：Tarini Konchady

FY：Astronomical volunteer team

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