两个黑洞合并，会发生什么呢？

 双黑洞 

两个黑洞合并，会发生什么呢？

      浩瀚缥缈的宇宙深空，存在着人类多少未知和遐想。而黑洞，作为一种时空曲率¹大到光都无法从其事件视界² 逃脱的天体，几乎可以吞噬所有东西。其神秘性与危险性更是吸引无数学者和科学家们探索和追求。

时空曲率

       开枪射击时，后坐力可能会把你撞倒。两个黑洞合并时，动量的损失也会产生类似的反冲。加州理工学院的天体物理学家维贾伊·瓦尔马(Vijay Varma)说:“对于某些黑洞合并来说，这种反冲速度可达每秒5000公里，比大多数星系的逃逸速度还要快。”

开枪反冲

       双黑洞系统运行时，它辐射的引力波将带走能量和角动量，导致双黑洞系统向内螺旋收缩。当该两个黑洞不对称时，比如质量不相等，引力波不会在所有方向上均匀发射。瓦尔马和他的同事们，设计了一种通过测量引力波³来推测两黑洞合并效果的新方法。该测量可帮助研究重黑洞⁴的起源，也可更深层次地了解星系演化和广义相对论。

       大部分反冲都发生在合并的瞬间，这可能导致一个足够大的反冲。他们模拟了两个质量分别为35个太阳质量和25个太阳质量黑洞的合并，及黑洞反冲的效果。

黑洞合并图

       研究人员利用超级计算机进行了模拟，并用数值方法求解了广义相对论方程。这次模拟是模拟极限时空(SXS)合作项目的一部分，加州理工学院和康奈尔大学的研究小组都参与了这个项目。

       这项研究显示：引力波信号以一种意想不到的方式，揭示了神奇的天体物理现象。据作者称，随着LIGO⁵和处女座(Virgo)⁶引力波探测器在未来几年的改进，它们将可以被用来可靠地测量反冲。

美国激光干涉引力波天文台（LIGO）

名词解释：

1.       时空曲率：广义相对论中的一个术语，指物体“质量”的分布将影响时空的分布，使时空变得不均匀，并引起时空弯曲而产生时空曲率。

2.       事件视界：也叫事象地平面，是时空中不可逃逸区域的边界。它要说明的是，事件视界以外的观察者，无法利用任何物理方法获得事件视界以内的任何事件的信息，或受到事件视界以内事件的任何影响。

3.       引力波：引力波在物理学中是指时空弯曲中的涟漪，通过波的形式从辐射源向外传播，这种波以引力辐射的形式传输能量。爱因斯坦于1915年基于广义相对论预言了引力波的存在。

4.       重黑洞：质量较大的黑洞，与之相对的有轻黑洞，即质量较小的黑洞；银河系中也存在超大质量黑洞，其质量介于100万倍至100亿倍太阳之间。

5.  LIGO: 激光干涉引力波天文台（Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory，缩写为LIGO）是美国分别在路易斯安那州的列文斯顿和华盛顿州的汉福德建造的两个引力波探测器。LIGO可被用来寻找宇宙中的引力波，从而可以验证黑洞的存在和检验广义相对论。

6.       处女座(Virgo)：欧洲“处女座”引力波探测器，位于意大利比萨市附近。

文章来源：

J. Duris et al, Bayesian Optimization of a Free-Electron Laser, Physical Review Letters (2020).

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.124.101104