事實證明:愛因斯坦是對的!但是他的預言機率有多大?

超弦 發佈 2020-02-09T14:02:41+00:00

​范德比爾特大學天體物理學家卡蘭·賈尼說:「迄今為止,研究人員已將宇宙中黑洞對的形成和存在的理論化,但其前身恆星的起源仍是個謎。在這項研究中,我們利用現有的天體物理觀測資料,對碰撞黑洞進行了研究。在這個過程中,我們制定了一個基本的限制,或者說預算,它告訴我們自從宇宙開始以來,註定

2015年,雷射干涉引力波天文台(LIGO)首次探測到引力波,開創了天文學的新時代。這些波來自13億年前兩個巨大黑洞的碰撞,這些引力波再次證明愛因斯坦是對的。不僅如此,我們還知道愛因斯坦的廣義相對論預言黑洞會形成並最終碰撞。但是這種情況發生的頻率或者機率是多少,我們能計算有多少顆恆星會發生這種情況嗎?

事實上,自從兩個黑洞的第一次碰撞以來,LIGO已經宣布探測到超過40次黑洞碰撞,科學家稱之為稱為雙黑洞(BBH)事件。其中10個BBH事件已經得到證實。到目前為止,研究人員已經建立了宇宙中黑洞對的形成和存在的理論,但是它們的前身恆星的起源仍然是一個謎。

大約一百年前,愛因斯坦在他的廣義相對論中預言了黑洞合併和由此產生的引力波。現在LIGO已經探測到了許多這樣的BBH事件,兩個問題出現了:恆星過程是如何產生這些大質量黑洞的;在宇宙的生命周期內,它們是如何足夠接近並融合的呢?

范德比爾特大學天體物理學家卡蘭·賈尼說:「迄今為止,研究人員已將宇宙中黑洞對的形成和存在的理論化,但其前身恆星的起源仍是個謎。在這項研究中,我們利用現有的天體物理觀測資料,對碰撞黑洞進行了研究。在這個過程中,我們制定了一個基本的限制,或者說預算,它告訴我們自從宇宙開始以來,註定要以黑洞的形式碰撞的恆星的比例。」

研究表明,LIGO探測到的第一個BBH產生的引力波只持續了0.2秒,但釋放的能量是宇宙中所有可觀測恆星的50倍,每個黑洞大約有30個太陽質量。LIGO有黑洞合併的記錄,研究人員在這項研究中依據的是這些數據和愛因斯坦的廣義相對論。然後科學家整合了黑洞融合的每一步過程、可用宇宙中恆星的數量、每顆恆星的過程過渡到一個黑洞的過程等等。最後發現,宇宙中14%的大質量恆星註定會以黑洞的形式發生碰撞。

雖然研究人員計算的數字是14%,但這個數字有幾個限定條件。它只適用於兩個30倍太陽質量黑洞的合併率。而且只有當兩個黑洞之間的距離與它們的始祖恆星的直徑相似時,它們才會分離。

當然,這項研究中有很多細節。這項研究解釋說,宇宙中有一個質量預算,它限制了在30倍太陽質量範圍內有多少恆星可以變成黑洞。科學家一直試圖描繪出黑洞的質量和黑洞本身之間的關係,但是這不是簡單的關係,因為這顆恆星的金屬豐度,以及它誕生的時代,都有至關重要的因素。

根據目前的觀察,我們發現宇宙中14%的大質量恆星註定會以黑洞的形式發生碰撞。這是宇宙創造的機率,我們的框架中增加的這些約束應該有助於研究人員追蹤黑洞的歷史,回答古老的問題,毫無疑問地開闢出更多奇異的場景。


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