上期中我们说到,黑洞是宇宙中最神秘和极端的天体,一般都是由大质量恒星坍缩形成。
当一颗恒星走入生命末期时,由于燃料几乎耗尽,此时的它无法在继续发生聚变释放能量,此整个恒星的引力平衡将会被打破,然后发生可怕的超新星爆发,在发生超新星爆发后,其核心会留下一颗内核,如果这个内核的质量超过3.2倍太阳质量,它将会进一步坍缩,形成黑洞。
黑洞拥有极强的引力,在它的周围时空被扭曲到了极点,甚至光线进入到他的引力范围后都无法逃脱,因此我们无法直接目睹黑洞的存在,只能通过间接的方式发现它,可以想象到黑洞有多么极端。
黑洞碰撞会发生什么?那么就是这样一个极端的天体,假如一个黑洞与另一个黑洞相遇,会发生什么呢?当两个黑洞接近彼此时,首先在引力的作用下,开始螺旋式地接近。随着它们距离的缩短,黑洞旋转的速度逐渐加快,并且产生越来越强的引力波。这个阶段通常持续数百万年,但在最后时刻,黑洞的旋转速度会达到极高的程度。
接下来随着两个黑洞越来越来越近,当它们的事件视界接触时,此时两个黑洞的碰撞才正式开始。这是一个极其短暂且剧烈的时刻,在几毫秒内,两个黑洞会迅速融合成一个新的、更大的黑洞。在融合过程中,大量的能量会以引力波的形式被释放,其能量相当于数倍太阳质量的物质所转换,
而融合所释放的引力波会向宇宙的每个角落传播,在碰撞发生的区域,周围的时空结构将经历剧烈的变化。这种变化主要表现为时空的极度扭曲和高能量辐射的释放。如果这种碰撞通常发生在距离地球极远的地方,但引力波仍然可以穿越数亿光年的距离到达地球,并被引力波探测器观测到。
当两个黑洞融合之后,新生成的黑洞并不会立即稳定下来。它会经历一段短暂的振荡期,。这时,新黑洞的事件视界会像钟摆一样振动,直到它稳定成为一个更大的旋转黑洞。这一过程同样也会产生引力波,但是强度会逐渐减弱。最终结束这场狂暴之舞。
观测黑洞碰撞的科学意义对我们而言黑洞的碰撞看似毫无意义,但是在科学家看来,黑洞的碰撞与融合事件对科学研究却具有重要意义。首先这些事件为研究广义相对论提供了直接的实验场景,帮助科学家验证和完善现有的理论。
其次,引力波的探测开辟了“引力波天文学”这一全新的领域,使我们能够研究宇宙中以前无法观测到的现象,如黑洞的性质、恒星的演化以及宇宙的结构。
未来,随着引力波探测技术的不断进步,科学家们期待能够观测到更多的黑洞碰撞事件,并探索这些事件背后的物理规律,揭示出有关黑洞形成和演化的更多细节。