引力波的「導火索」：星系中心的超大質量黑洞

黑洞

引力波是時空中的微小漣漪，它在整個宇宙中傳播。

當地球上的氣壓發生變化時，這個變化會以聲波的形式向外傳播。類似地，當成對的質密天體，比如黑洞或中子星，它們形成雙星並圍繞彼此旋轉時，周圍的引力場發生變化，產生的引力波也會向外傳播。

黑洞合併

在1915年，愛因斯坦預言了這一現象。預言中引力波的振幅極其之小，以至於愛因斯坦認為它們永遠不會被探測到。不過在2015年，即做出預測的一個世紀後，引力波第一次被直接探測到。首個引力波信號源於一對恆星級黑洞（每個大約是太陽質量的30倍），它們互相合併成一個更大的黑洞。

自那以後，從這些系統中又觀測到四次引力波。隨著激光干涉引力波天文台（LIGO）和VIRGO（世界大型引力波探測器）技術的不斷提高，我們預計在不久的將來會探測到更多引力波信號。

這些觀察結果表明，黑洞合併在宇宙中是司空見慣的。不過，我們仍然不清楚這種雙星系統是如何形成的。因為它們需要非常接近或在偏心率很高的軌道上才能合併，使引力波可被探測到。

黑洞合併產生強大的引力波

最近的一項研究發現，絕大部分星系中心的黑洞可以改變雙星軌道，包括我們自己的星系。一個大質量黑洞會產生非常強烈的引力場和極端的物理現象。如果一個緻密雙星與一個黑洞近距離接觸，那麼大多數情況下它會被破壞，它的伴星將被分離。

然而，情況並非總是如此。在某些情況下，雙星系統不會被潮汐作用破壞，但它們的軌道會遭受大程度改變。通過使用蒙特卡羅模擬，科學家證明了尚存的黑洞雙星系統會變得緊密或者偏心。10%的情況下，合併時間會減少100多倍。這可能足以迫使那些在宇宙誕生至今的時間內不會合併的雙星系統能夠更快地完成合併，從而產生可探測的引力波。

喜歡這篇文章嗎？立刻分享出去讓更多人知道吧！