(圖3注:雙黑洞系統(tǒng)在不同階段所產(chǎn)生波形隨時間演化圖。雙黑洞系統(tǒng)的演化包括三個階段:旋近(inspiral),合并(merger)和鈴振(ringdown)階段,。(來源于LIGO所發(fā)文章))
我們注意到,,合并前黑洞的質(zhì)量為26個和39個太陽質(zhì)量——這兩個質(zhì)量都比目前已知的恒星級黑洞要重許多。我們現(xiàn)在已經(jīng)確認(rèn)了大約20多個恒星級黑洞,,最重的恒星級黑洞位于M33X-7系統(tǒng)中,,為16個太陽質(zhì)量。而其它所有確定的黑洞質(zhì)量均比這個小,,大多數(shù)是七八個太陽質(zhì)量左右,。盡管理論之前預(yù)言了更大質(zhì)量的黑洞的存在,但是之前從來還沒有發(fā)現(xiàn)過,,所以此次發(fā)現(xiàn)更大質(zhì)量黑洞,,對于黑洞的形成渠道也有著重要影響。
我們所看到的所有恒星,,都是處于旋轉(zhuǎn)當(dāng)中,。所以對于那些由恒星塌縮而形成的黑洞而言,它們也是處在旋轉(zhuǎn)之中,。對于黑洞的旋轉(zhuǎn),,天文學(xué)家用一個叫做“自旋參數(shù)”的量來表示,它在0和1之間變化——0代表了沒有轉(zhuǎn)動的黑洞(也叫“史瓦西黑洞”),,而1代表了理論上黑洞所具有的轉(zhuǎn)動最大值(也叫“極端克爾黑洞”),。對于此次觀測中合并以后的黑洞,它的自旋參數(shù)為0.67,。如果我們以轉(zhuǎn)速來描述,,它在以每秒鐘100轉(zhuǎn)的速率轉(zhuǎn)動。相較而言,,我們剛才提到的人類第一個黑洞“天鵝座X-1”,,它是一個極端克爾黑洞,,差不多在以超過1000轉(zhuǎn)每秒的速率轉(zhuǎn)動。
如果你覺得轉(zhuǎn)速依舊很難理解,,那我們可以想象一下《星際穿越》電影的一個情節(jié),,主人公在卡剛都亞黑洞的行星上只呆了3個小時,但是后來卻發(fā)現(xiàn)飛船上已經(jīng)過了23年,,時間相差了6萬倍,。要有這樣巨大的時間差,其中條件就行星極度靠近黑洞的同時,,黑洞也以最大速度轉(zhuǎn)動,。按照相對論理論所言,這樣行星上的時間就會被極大的拉長,。天鵝座黑洞的轉(zhuǎn)速就具有類似于電影中卡剛都亞黑洞那樣的轉(zhuǎn)速,。對于此次引力波探測到黑洞而言,即使有某個行星在其周圍最靠近的穩(wěn)定存在,,那么對于它的時間也會流逝的很慢,,不過不會有6萬倍那么大的差別,最多也就2倍左右,。
對于黑洞而言,,有著非常著名的無毛定理,也就是說黑洞只需要簡單的幾個量就可以描述,。對于宇宙當(dāng)中的黑洞,只需要我們上面所說的質(zhì)量和自旋參數(shù)就可以完整的描述,。當(dāng)我們知道了黑洞的質(zhì)量和自旋參數(shù)一些性質(zhì)時,,我就可以很容易的對黑洞本身的全貌做出一個描繪,就如同給出了一個人的完整自畫像,。而引力波的方法可以快速給出黑洞的完整信息,,這相比較傳統(tǒng)的觀測方式,更為有效,,盡管在觀測方面有些困難,。
從預(yù)言到探測,物理學(xué)家等待引力波的到來已有一百年之久,,為什么引力波這么難得一見,?主要原因是,相比較其他的幾種力(強力,,弱力,,電磁力),引力是最弱的,,相應(yīng)的引力波效應(yīng)也就很弱,。想當(dāng)初愛因斯坦在發(fā)表自己新的理論之后,,就估算了引力波的強度。引力波的強度通常利用相對變形大小來表示,,但是結(jié)果往往是小的可憐,,幾乎無法探測到。引力波是時空的自身變形,,在一個方向上被拉伸,,在其垂直的另外一個方向上就會被壓縮。如果我們有一天,,我們被同樣的雙黑洞系統(tǒng)在合并時所產(chǎn)生的引力波(變化強度為1.0E-21)所擊中的話,,理論上來說,我們同樣會經(jīng)歷一個稍微變高變瘦,,然后變胖變矮一些的過程,。實際上,對我們身高不超過2米的人類來說,,導(dǎo)致的變化大約為2E-21,,為一個氫原子的五百億分之一(一個氫原子的大小大約為1.0E-10米)。