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黑洞堪称是宇宙中的饕餮巨兽,它们能够吞噬已知宇宙中所有的物质,甚至连光都不例外,而当两个黑洞相遇时,更是会在宇宙中制造出非常大的动静,以至于即使隔着极为遥远的距离,我们都可以探测得到,比如说科学家就曾发现,170亿光年外两个黑洞的碰撞,让地球都为之颤动了0.1秒,可谓是活久见了。这具体是怎么回事呢?下面我们就来了解一下。
黑洞的碰撞过程可以简单地描述为:当两个黑洞靠得足够近时,它们会相互吸引,并开始围绕彼此旋转,同时会向外辐射出引力波,这些引力波会带走一部分黑洞的能量和角动量,使得两个黑洞之间的距离不断缩小,随着时间的推移,两个黑洞会越来越近,旋转速度也越来越快,并最终碰撞在一起,进而形成一个更大更重的黑洞。
这个过程可以分为三个阶段:“旋进”、“合并”和“衰荡”,其中“旋进”阶段是指两个黑洞以椭圆轨道围绕彼此旋转,并逐渐变为圆形轨道;“合并”阶段是指两个黑洞接触并形成一个单一的黑洞;“衰荡”阶段是指新形成的黑洞逐渐趋于稳定的过程。
这三个阶段都会释放出引力波,其中的“合并”阶段,其释放出的引力波是剧烈的、爆发性的,并因此而更容易被探测到。实际上,此次发现的这两个黑洞的碰撞,正是探测到了它们在“合并”阶段的引力波,这也被称为“GW190521”引力波事件。
“GW190521”最初由激光干涉引力波天文台(LIGO)和室女座干涉仪(Virgo interferometer)于2019年5月21日发现,后续的研究表明,此次引力波事件来自170亿光年外两个黑洞的碰撞,这两个黑洞的质量分别约为太阳质量的85倍和66倍,在经过猛烈的碰撞之后,它们最终合并成了质量约为142倍太阳质量的黑洞。
那么问题来了,这两个黑洞的总质量是151倍太阳质量,为什么新形成的黑洞会少了9倍太阳质量呢?答案就是:这些“少了的质量”其实都以引力波的形式作为能量被释放了出来。
根据爱因斯坦提出的“质能方程”(E = mc^2),质量和能量只是物质的不同属性,它们之间存在着确定的当量关系,我们可以简单地将其理解为,在特定的情况下,质量和能量是可以互相转化的。
需要知道的是,当质量转化成能量时,其释放出的能量其实比很多人想象中的更高,有多高呢?举个例子,相信大家都听说过广岛原子弹,它释放出的能量其实就是来自于核裂变反应中损失的质量,而在整个核裂变过程中,它损失的质量却只有0.9克左右。
然而太阳的质量高达1.989乘以10的30次方千克,而在此次黑洞碰撞中,居然有相当于9个太阳的质量都以引力波的形式作为能量被释放了出来,据此我们完全可以想象出,此次事件释放出的引力波,其能量有多么巨大。
正是因为如此,我们才可以探测到此次事件,而当最强烈的引力波抵达之时,甚至连地球都为之颤动了0.1秒,但我们也不必为此感到担心,因为隔着极为遥远的距离,当引力波抵达地球时,已变得极为微弱,所以这种颤动也极为轻微,其幅度大约只有一个质子直径的千分之一,只有用精密的仪器才可以探测得到,而地球本身当然也不会遭到什么损伤。
值得一提的是,“170亿光年”这个距离,其实是科学家根据描述宇宙膨胀的标准宇宙学计算出来的结果。
实际上,当这两个黑洞发生碰撞时,其所在的位置其实距离我们更近,根据科学家的估算,当时它们与我们的距离大约是93.5亿光年,但由于引力波是以光速传播的,因此它们释放出的引力波抵达地球需要漫长的时间,而在这段时间里,它们合并后的黑洞会因为宇宙膨胀而不断地远离我们,以至于到了现在,它与我们的距离已经达到了大约170亿光年。
如果把宇宙比作一片平静而巨大的海洋,那这两个黑洞的碰撞就好像是在这片海洋中扔进了一块小石子,而它们释放出的引力波就好像是这块小石子激起的涟漪,这些涟漪不断地向外扩散,并越来越微弱,在经过漫长的时间之后,它们中的一小部分终于抵达了地球,似乎在告诉我们,在很久很久之前,曾经有一块小石头被扔进了海洋……或许这就是宇宙的浪漫吧?
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快照生成时间:2024-11-12 11:45:02
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