兩個(gè)黑洞的“火拼”

此次發(fā)布會(huì)的另外一個(gè)亮點(diǎn)就是雙黑洞。這也是人們首次直接發(fā)現(xiàn)雙黑洞,，這兩個(gè)黑洞的質(zhì)量分別為26和39太陽質(zhì)量,，屬于恒星級黑洞?；蛟S你已經(jīng)聽膩了黑洞,，生活中時(shí)不時(shí)的會(huì)聽到某某黑洞爆發(fā)了，某某黑洞吞吃恒星了等等,。但是這此發(fā)現(xiàn)卻有些不同,，兩個(gè)天體都是黑洞，互相繞轉(zhuǎn),，最后合并,。這聽起來像是一場黑吃黑的火拼，甚至有點(diǎn)兒像港片里熟悉的火爆場面,。黑洞合并產(chǎn)生了非常強(qiáng)烈的時(shí)空振蕩,，所以我們遙遠(yuǎn)的地球才觀測到了,。

黑洞通常認(rèn)為是大質(zhì)量（超過25個(gè)太陽質(zhì)量，請注意這是前身星的質(zhì)量）的恒星在其演化的最終階段,，恒星中心會(huì)形成我們了解的恒星級黑洞,。它們的質(zhì)量通常預(yù)計(jì)在3個(gè)太陽質(zhì)量到100個(gè)太陽質(zhì)量之間。因?yàn)楹诙幢旧頉]有任何的輻射（不考慮量子效應(yīng)下的霍金輻射,，它的電磁輻射也是異常微弱）,，所以我們不能直接看到黑洞。我們的銀河系或者其他類似的星系當(dāng)中當(dāng)中,，每個(gè)星系都預(yù)計(jì)存在著上千萬個(gè)恒星級黑洞,，但是絕大多數(shù)的黑洞都是孤獨(dú)存在的天體，如同幽靈般,，沒有任何輻射或者輻射及其微弱,，所以很難被看到。

所幸,，有的黑洞處于雙星系統(tǒng)當(dāng)中,，就像發(fā)布會(huì)中提及的系統(tǒng)，而且另外一個(gè)天體是正常的恒星（也稱之為伴星）,。在這種情形之下,，黑洞會(huì)從正常恒星上吸積氣體，在其周圍產(chǎn)生一個(gè)吸積盤,，以至于某些時(shí)候吸積氣體的量過多,，不能被黑洞直接吞掉，這時(shí)還會(huì)沿著黑洞的兩個(gè)轉(zhuǎn)軸將多余的氣體拋射出去,，從而產(chǎn)生非常壯觀的噴流,。正是因?yàn)槲e盤和噴流的存在，他們都能夠產(chǎn)生我們非常熟知的電磁輻射（也就是有我們熟知的光子產(chǎn)生）,，從而我們利用傳統(tǒng)的探測方式,，比如地面或者太空的望遠(yuǎn)鏡，就可以間接地探測黑洞的存在,。

大約在50年前,，人類就是利用此方法發(fā)現(xiàn)了第一個(gè)黑洞候選體，天鵝座X-1(CygnusX-1),。在1974年,，地球上兩顆聰明的大腦、理論物理學(xué)家霍金和好朋友基普索恩就這個(gè)候選體是不是黑洞而打了個(gè)賭,，他們以一年的成人雜志《閣樓》作為賭注,。后來的觀測是利用天鵝座X-1中的伴星運(yùn)動(dòng)測得了黑洞質(zhì)量，大約為15個(gè)太陽質(zhì)量，從而霍金認(rèn)輸并且在兩人的賭書上簽名按上了自己的手印,?；账鞫鲝哪菚r(shí)起就贏了。

對于雙黑洞系統(tǒng),，他們幾乎不會(huì)產(chǎn)生能夠?yàn)閭鹘y(tǒng)方式所觀測到的光子,。所以，即使它們存在,，僅憑借傳統(tǒng)的觀測方式,，我們也無法發(fā)現(xiàn)他們。況且,，很多的人都懷疑它的存在,。但是，在雙黑洞繞轉(zhuǎn),，尤其是合并之時(shí),，會(huì)產(chǎn)生很強(qiáng)的引力波,。只要引力波探測器足夠靈敏,，我們就可以發(fā)現(xiàn)它們的蹤影。面對大家的懷疑,，LIGO的發(fā)現(xiàn)用事實(shí)證明了它的存在,。而此次發(fā)現(xiàn)引力波的天文臺(tái)的創(chuàng)建人之一就是基普索恩——索恩教授又一次贏了！

引力波為黑洞做名片

在觀測到了完整的引力波形之后,，利用一種叫做匹配濾波（waveformmatching）的方法,，理論上就可以推斷出系統(tǒng)的性質(zhì)信息，包括合并之前和之后,。比如,，對于雙黑洞系統(tǒng)，可以推斷出合并之前的黑洞質(zhì)量,，自旋和軌道,，以及合并之后的質(zhì)量和自旋。此次新聞發(fā)布會(huì)中所提及的引力波事件,，就得到黑洞的質(zhì)量在合并之前是26個(gè)和39個(gè)太陽質(zhì)量,，合并之后是62個(gè)太陽質(zhì)量（合并之前的兩個(gè)黑洞自旋參數(shù)值限制的并不是很好），合并后黑洞是一個(gè)克爾黑洞,，其自旋參數(shù)值為0.67,。

你或許會(huì)有疑問，合并之后怎么少了3個(gè)太陽質(zhì)量,，它跑到什么地方去了,？引力波也是攜帶能量的，在黑洞合并之時(shí)，它的形狀非常不對稱,，不是我們看到的單個(gè)黑洞的球形,，所以在振蕩恢復(fù)的過程當(dāng)中，一部分質(zhì)量就通過引力波的方式輻射出去,，從而為我們所接收,。合并的時(shí)間非常之短，僅僅在大約0.05秒的時(shí)間,，就將3個(gè)太陽質(zhì)量（大約6.0E30公斤）的能量就通過引力波的方式釋放出去,，也就是說在一秒鐘可以釋放出大約10^32公斤的能量。相比較之下,，我們的整個(gè)宇宙包含了大約1.0E22個(gè)太陽,，而每個(gè)太陽每秒鐘向外輻射大約4.0E9公斤的物質(zhì)能量，所以黑洞合并的最后釋放出比整個(gè)宇宙每秒鐘輻射出的電磁總能量還要高出3倍,。