2019年,科学家探测发现两颗黑洞发生碰撞,产生引力波,震动地球

2019年,美国科学家对太空进行观测后发现,在距离地球100多亿光年发生了两颗黑洞发生碰撞,而正是这次碰撞产生了巨大的引力波,让100多亿光年以外的地球产生了一次震动。

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尽管这次震动时间很短,仅有0.1秒,但是让科学家非常的兴奋。而作为大质量天体代表之一黑洞,它们碰撞又会给这个丰富多彩的宇宙带来什么不一样的变化呢?

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黑洞的诞生

我们都知道恒星是有生命的,例如和太阳归属的黄矮星,更低等级的红矮星,当他们生命临近终点的时候,它们将会逐步退化成白矮星,进而变成黑矮星,消失在漫漫宇宙之中。

而比我们太阳质量更大的恒星,它们在生命终结时,其内部将会释放出巨大的能量,这便是我们所熟知的超新星爆炸,部分质量特别巨大的恒星,还有可能发生极超新星爆炸。

而黑洞,便是极超新星爆炸结果。

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在人类未正式观测到黑洞之前,人类对它的研究也仅仅的出现在理论阶段。根据相对论,理论物理学家预测宇宙原则上有一种天体,有着巨大的引力场,任何在他附近的东西都会受到其影响。

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而他周边的时空也会发生相应的扭曲。由于其内部有着极高的引力,因此它们视界界限内的物质不能跑到外面,从外界上看,它整体呈现出黑暗的状态,单纯依靠天文望远镜,难以看到其真实的样貌。更多的时候依靠是引力场,对它进行预测。

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黑洞,是根据广义相对论所推断的,在宇宙中存在一种质量特大的天体和星体。由于其内部的引力巨大,从他身边经过的是何种物质,都要被他轻易的捕获,其中也包含了质量巨大的中子星。

而中子星是宇宙中质量较大的一类天体,其本身也具有一个强大的引力场。而他尚且如此,一般性的行星、星云等,在他的引力面前瞬间被撕得粉碎。

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目前,现阶段人们所发现的黑洞,多是由质量超过约135M⊙塌缩后所形成的。而黑洞内部的质量非常大,所形成的引力场也非常强,使得物质和辐射均会被其强大的吸引力吸入其中,其中就包括现阶段认知中,逃逸速度最快的光子。

由于它形成的原理,和我们热力学上完全不反射光线的黑体有着一定的相似之处,因此它们将它们称之为黑洞。

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如果凭借现阶段的观测手段,无法直接观测到只能是模样,我们更多是利用黑洞周围的无法侦测的视界以模拟黑洞的模样。

同时由于其黑洞将一切物质吸入其中,这意味着内部有着一个无法返回临界点,根据广义相对论理论推测,其内部应当有一个趋近于无限的奇点。

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当处于生命末期的恒星发生超新星爆炸后,由于此前其内部所有的氢元素和氦元素等已经全部消耗完毕,内部核心的质量已经无法向外释放能量,对外外部压强,进而不断的向内塌缩,原子不但的被挤占,形成中子的状态。

由于其内部压力巨大,星体不断向中间塌缩,最终形成了所谓的黑洞。其内部的质量巨大,根据人们的观测的最小的黑洞,其质量都达到了太阳质量的3.8倍。

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然而,黑洞并非完全吸收外界物质,其也会对外释放能量,而这些能量恰好给我们的观测带来的便利。我国通过检测宇宙中的射线、星云等方式,就可以发现黑洞的存在、方位等信息。

根据现阶段的科学技术,对于黑洞的了解极少,这给黑洞蒙上了一层神秘色彩。因此黑洞的元素,经常出现在科幻小说、电影等作品中。

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2019年,通过望远镜和多次后期处理,我们对于黑洞这个宇宙中最为神秘的天体,才得以一窥他的真实容貌。有幸的是,我们成为初次窥见黑洞的大众。这个位于M87星系中心,体积约为680万倍。

由于其体积和质量的较大,和我们银河系观测到的黑洞相比,其体积和质量远远超过银河系内的黑洞,科学家推断这个巨大的黑洞可能是由于多个黑洞碰撞所形成的。

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黑洞碰撞

宇宙中的任何天体都有生命,而恒星在结束时候就会出现塌缩、碰撞等一系列的现象。而黑洞作为大质量恒星生命结束时的遗骸,其存在的意义为科学家探秘恒星生前所进行的活动有着重要的意义。

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同星系一样,黑洞也会发生碰撞。长期以来,由于黑洞的特殊性,使得我们长期以来对黑洞碰撞的观测,无法像行星、星系那般,可以让我们捕捉到。但是,聪明的科学家们,通过对黑洞的探析,可以凭借其具有极强的引力波动,观察它们的活动及生命周期。

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引力波,即时空弯曲所产生的涟漪。根据爱因斯坦所提出的理论,引力波的出现是由于质量较大的物体在做加速运动的过程中,由于其质量的过大,对周边的时空可能会造成扭曲,而这种扭曲最终以类似于波浪的形式向外辐射。

这种引力波受到物质的干扰非常的小,因此它们可以穿透遥远的时空,让远在几十光年,甚至几亿光年以外,均可以感受到它们所带来的强大震动。

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毫无疑问的是,对于具有高质量的黑洞而言,它们的碰撞一定会产生相应的引力波。因此,通过这种引力波动,我们就可以探秘两个黑洞碰撞的奥秘。

尽管,爱因斯坦在百年前就已经提出了引力波的存在。但在未确切观测结论,这一物质存在于理论中,事情直到2015年发生了改变。

当年9月14日,在LIGO(美国激光干涉引力波天文台)便针对宇宙中存在的引力波进行全方位的观测,人类首次通过物理的视角感受到时空扭曲。

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根据理论,如此强的引力波且具有一定的连续性,主要有以下三种情况产生,它们都是大型恒星死亡后所产生得遗留物所带来的,例如超新星爆炸后所剩下的中子星与极超新星爆炸后所留下的黑洞,双黑洞系统,或是双中子星系统。

其中双黑洞在这种情况发生时,发生的可能性较大。但无论是如何的一种情况,均是由两种质量较大的天体围绕彼此,合并所形成的。

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随着它们的运行距离的拉近,这种的引力波动越大。但这种强烈的震动,在两个天体合并之后,即刻消失。

但也有另一个可能,双黑洞系统也会产生这种引力波,同时引力波的大小、强弱等如同双黑洞系统的指纹一样,具有唯一性。我们可以根据它们的引力波大小,探索黑洞的大小、距离地球多远、方向等信息。

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科学家根据所探测到的引力波同范本进行比较,科学家对于这次双黑洞的质量范围有了一定的结论。对比结果显示,同太阳相比,黑洞的质量约是20-40倍的太阳质量。

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而后根据第一轮的研究基础上,利用“数值相对论”,本着谨慎的原则在数次召开会议探究后,它们对2015年9月中旬所探测的引力波,作出了相应的解释。

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根据多次计算,研究小组得出了一致的结论,这两个黑洞的质量大小约为是29倍和36倍的太阳质量。

和我们想象不同的是,它们的碰撞发生于13亿年前,在碰撞过程中,在1秒的时间内,它们将3倍的太阳质量直接转化为引力波,以向外释放强劲能量,预计峰值功率可以达到整个可见宇宙的50倍。

根据该信号到达的间隔时间,科学家们初步判断黑洞的碰撞地点是我们的南半球方向的某一星系。而这次事件也被天文学家称为GW150914。

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有了一次成功的观测,科学家在几个月以后再次捕捉到这种特别的引力波。同样,经过科学家们慎重的计算,得出两个黑洞的质量分别是14.2倍和7.5倍的太阳质量。

而2019年,科学家成功的观测到两颗黑洞的碰撞,而这次黑洞的碰撞,给百亿光年外的地球带来了一次0.1秒的震动。

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人类对于黑洞碰撞的探测

由于黑洞属于宇宙中一种极为特殊的天体,它的存在对于科学家探索宇宙的奥秘具有重要的意义。而引力波是目前为止,最为有效的探索手段。伴随着越来越多的LIGO的建造,大量的黑洞的碰撞被发现。

事实上,对于宇宙而言,黑洞的存在是再普通不过的事情,而他们的碰撞也时刻发生在宇宙空间中,大部分星系中心均有着巨大的黑洞,或是黑洞群。而他们伴随着星系的运动,不断的发生碰撞,并相互融合,最终形成一个质量巨大的超级黑洞。

黑洞的碰撞不同于恒星或星系的碰撞,它们的发生时间相对较短,但却在极短的时间里头,迸发出数亿元,甚至数兆恒星的亮度。

从15年人类第一次利用LIGO发现的两颗黑洞的合并以来,迄今为止,所观测到的最大的黑洞碰撞,是约为85个和66个太阳质量两大黑洞的碰撞,最终形成了一个质量约150个太阳质量的黑洞。

需要注意的是,黑洞的合并必然伴随着能量的损耗,但是相较于黑洞庞大的质量而言,其损耗得微乎其微。

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综合而言,黑洞的碰撞是一次超级能量体的互相冲击,它所爆发出的能量,穿透时空的限制到达地球,向我们传输宇宙的讯息。通过这些讯息我们对于宇宙的认知正不断的加深,一步一步揭开宇宙的奥秘。

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