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黑洞互相碰撞时其中到底发生了什么

时间:2019-09-24 08:05:06 浏览量:
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黑洞是由质量足够大的恒星在核聚变反应的燃料耗尽而“死亡”后,发生引力坍缩产生的。黑洞的质量极其巨大,而体积却十分微小,它产生的引力场极为强劲,以至于任何物质和辐射在进入到黑洞的一个事件视界(临界点)内,便再无力逃脱,甚至传播速度最快的光(电磁波)也逃逸不出。

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物理学家们如今可以史无前例地直观表述黑洞相互碰撞时其中到底发生了什么。而其中方法,就是按照加州理工学院理论物理学家基普·索恩提出的,借助通过观察“合二为一”的天体现象发生时其周围时空的“风暴形态”来进行构建。

论及黑洞与时空之间的联系,必然要说到爱因斯坦在1915年提出的广义相对论。该理论描述了重力是如何影响宇宙本身以及黑洞等质量非常大的物体的。按照这一理论,质量巨大的物体能够像相扑选手压在柔软的垫子上那样让宇宙弯曲,并强迫周围的物体全部向自己靠近。而事实上,重力正是通过这种方式扭曲了空间的结构,甚至时间亦不能幸免。

据基普·索恩的描述,人类对宇宙的理解就好比“我们只见过风和日丽下的平静洋面,却从未见过疾风暴雨中的大海,也从没见过遮天的巨浪与冲天的水龙卷风,当然,也从未对宇宙‘风暴形态’中扭曲的时空有过任何深入的了解。”

因此在索恩看来,现在的研究者已经能够很好地分析处理一个安静旋转的黑洞所发出的力量,也可以模拟黑洞彼此发生碰撞合并,以便对其产生的引力波形态进行探索。但是“现在不能够做到的,是深入、细致地看一看这种合并行为本身。”他说。

而若要按照该研究理论去直观地观察一次黑洞的合并过程,研究者将会用到一新一旧两个概念:涡线和Tendex线(Tendex作为一个被发明出来的词,此前它并不存在)。康奈尔大学的天文学博士后研究员罗伯特·欧文解释道,涡线代表了时空中的扭曲力量,如果我们被抛入了涡线,身体会像一块湿抹布一样被拧干;而Tendex线可描述引力场的延长效应,代表了拉伸或者挤压的力量。

如今,借助超级计算机,研究者们能够模拟出黑洞合并过程中可能会产生的涡线与Tendex线。索恩认为,合并过程的不同会造成迥异的两线模式。比如迎头相撞的两个黑洞会迸射出甜甜圈形状的涡线,而螺旋相碰的情形则会产生一个截然不同的结果。依据这一判断,科学家们现能够在模拟合并后形成的新黑洞上,看到生成围绕黑洞波动的涡线。其“有点像银河系中的旋臂或者从旋转摆动的喷头中喷出的水流一般。”索恩形容说。

研究人员亦认为,他们的研究能够帮助天文学家们破解宇宙中的各种重力信号,进而将创造、发出这些信号的宇宙事件重建,同时也会为有关黑洞、引力和宇宙学的研究开辟一条新路。

编辑:时雨
关键词: 黑洞
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