85倍和65倍太陽質量的黑洞相撞,釋放多少引力波?科學家找到實例

2020-12-17 騰訊網

上世紀五十年代,愛因斯坦對引力波進行了預言,於2015年,科研人員利用LIGO首次發現引力波,並證實了愛因斯坦的預言。去年5月21日,引力波更加強烈明顯,那麼引力波到底是如何產生的呢?

廣義相對論告訴我們:在非球對稱的物質分布情況下,物質運動,或物質體系的質量分布發生變化時,會產生引力波。在宇宙中,有時會出現大質量、密度高的星體相互碰撞併合的過程,這一過程中,它們的劇烈運動會干擾周圍的時空,扭曲時空的波動也在這個過程中以光速向外傳播出去,因此,引力波的本質就是時空曲率的波動。這就與我們現實生活中的水波相似,往平靜的湖面扔一塊石頭,湖面就會形成一圈圈的漣漪。

《物理評論快報》和《天體物理學期刊通訊》各自發布的關於引力波的研究中,兩篇論文均有指出引力波是由兩個黑洞合併造成的。而且經過科學家的研究,其中一個黑洞的質量是太陽質量的85倍,另一個是65倍,它們合併之後形成了142倍太陽質量的黑洞,合併損失的8倍質量大多數以引力波的形式釋放出去。因此,宇宙中之所以會出現引力波,是因為黑洞的存在。

說實話,自人類發現黑洞以來,人類對它有著深深的敬畏之感,人們對未知的事物都是既害怕又好奇的,那麼黑洞是如何形成的呢?

黑洞一開始並非就是這樣的,它的前身是恆星。恆星並非是永恆的,它也有壽命的,隨著時間的推移,恆星最後會演變成三種情況,質量最低的恆星最終會演變成白矮星,而我們的太陽在未來的某一天會迎來這一結局,質量高的恆星會變成中子星或者黑洞,這是每顆恆星在形成後就已經決定會有這三種結局的了。

目前,人類已經發現了超大質量黑洞和恆星級黑洞,還未發現過142倍太陽質量的黑洞,然而在研究引力波的時候,居然發現存在142倍太陽質量黑洞,即由一個85倍和65倍太陽質量的黑洞合併而成的,這讓物理學家們感到困惑不已。

通常情況下,恆星原始元素是氫元素,當恆星內部相互碰撞,發生聚變,積累大量鐵元素,而鐵元素要是繼續聚變,那麼恆星內部不具備足夠的能量與質量巨大的恆星的萬有引力抗衡,從而引發恆星坍塌,最終形成黑洞。

按理說,恆星受到電子和反電子的影響是無法形成65-120倍太陽質量的黑洞,這一區間的黑洞也被稱為「黑洞質量斷檔」,所以科學家們對85倍太陽質量的黑洞的存在感到驚訝不已。最終科學家對此作了解釋:要麼是觀測和研究出現了偏差,要麼就是我們現有的理論體系還不完善,存在漏洞。

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