产生引力波的两个黑洞是怎么发生碰撞与合并的?

文章作者:bianji3 | 2017-04-11
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     引力波被称为时空的涟漪,是宇宙中的极端事件爆发出强大能量导致的时空波动现象。 引力波是爱因斯坦在1916年根据广义相对论所预言的一种神秘现象。终于,在100年后(2016年)科学家宣布这一预言被精确的观测所验证。

      在2016年这一年内,科学家就先后宣布了探测到两次确定的和一次疑似的引力波事件,可谓是引力波之年。有意思的是,这些引力波都源自宇宙中两个黑洞的碰撞与合并。其中,LIGO探测到的两次确定的引力波事件为GW150914和GW151226,前者双黑洞的质量分别为36和29个太阳质量;后者则分别为14.2和7.5个太阳质量。

  发现引力波是意义非凡的,这不仅又一次验证了爱因斯坦的广义相对论,还可能开启人类引力波天文学的新时代。引力波是发现了,但还有一个基本的问题等待解答——产生引力波的两个黑洞是如何发生碰撞与合并的呢?

  两个黑洞要发生碰撞与合并,显然它们之间的距离要非常近。据估计,这个距离或许只有五分之一个天文单位(地球到太阳的平均距离)。要明白,这些黑洞的前身是大质量恒星,它们最终演化成两个黑洞并合二为一必然是一个匪夷所思的过程。

  最新一项研究运用了一个被称为COMPAS的模型对此进行了模拟,并对比分析了去年宣布的那三次引力波事件。最后,研究人员还原了大致的过程:

  起初,在一个双星系统中,两颗大质量恒星在相隔较远的轨道上相互环绕。随着恒星的演化,当它们进入生命末期体积膨胀时,双方开始发生更强烈的相互作用,甚至出现物质交换和气体喷发。很快,两个恒星就被包裹在一片致密的气体云中。气体喷发带走了双星系统的部分能量,使得两颗恒星的轨道距离不断变小。再过数百万年,恒星演化成黑洞,而最终两者的合并则可能还要花上数亿年。另外,研究人员还发现,这类事件中的恒星更倾向于是低金属丰度的恒星(几乎完全由氢和氦组成)。

  接下来,想要揭开更多的细节与奥秘,研究人员还将利用COMPAS模型对双黑洞继续进行研究。

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