星系碰撞後的引力波
一項新的研究揭露了我們是否能通過引力波探測到因微小星系碰撞而產生的黑洞合併。
通過雷射干涉引力波天文台，我們發現，遙遠宇宙中的黑洞，有時會以突然旋進和碰撞的方式相遇，並釋放出地球上可以探測到的引力波。
但這些黑洞在其形成早期究竟發生了什麼，會使它們在一個定點相遇呢？一項新的研究為該問題提供了一種可能的答案，即雷射干涉引力波天文台所發現的黑洞屬於微小星系，在星系發生碰撞之前，這些黑洞都曾位於星系中央。
通過模擬兩個黑洞合併的圖像，並從正面觀察，雷射干涉引力波天文台宣布，已探測到迄今為止十餘起此類黑洞活動。
中央潛伏者
當兩個相距遙遠的黑洞發生合併時，通常會發生時空擺動。自發現首例該類現象以來，雷射干涉引力波天文台已經準確探測到十起源於「黑洞-黑洞」碰撞的引力波，並稱會在未來有更多發現。
但這些黑洞究竟是如何相遇的呢？一個由克里斯多福·康塞利斯教授帶領的科研團隊提供了一幅圖片，該圖片展示了大部分我們所發現的星系中心黑洞。
該團隊發現，低質量的矮星系含有中心黑洞，且其質量小於100個太陽質量。
這些微小星系的合併，最終會導致其中心黑洞的旋進與合併。這也許是雷射干涉引力波天文台發現「黑洞-黑洞」碰撞的原因。
可行性測試
康塞利斯教授與其同事，將這一過程分解為多個步驟並進行測試。
黑洞質量與宿主星系恆星質量的關係被推廣到低質量的星系。（黑色實線；藍色虛線表示不確定）紅線表示雷射干涉引力波天文台檢測到的黑洞質量。
1.你們能夠正確計算出中央黑洞的質量嗎?
我們已觀測到星系質量與其中央黑洞質量存在關聯。由此關聯外推至低質量的情況，我們發現超矮星系中央黑洞的質量可小於一百倍的太陽質量，這與射線干涉引力波天文台(LIGO)所觀察到的10-70倍太陽質量的黑洞是一致的。
2.這些超矮星系是否能以足夠快的頻率合併?
如今星系合併的頻率比宇宙早期要低。宇宙學模型顯示，現在星系合併的頻率並不足以重現LIGO的觀測結果。不過在紅移量為z~1.5 或更高時，超矮星系合併的頻率足以匹配LIGO測算到的引力波事件比率。
3.星系合併後黑洞是否會以足夠快的速度碰撞?
根據LIGO觀測結果，若星系合併的紅移量為z>1.5，則中央黑洞會墜入合併星系之中，旋近，並在60-80億年的時間尺度上相撞。這也適用於黑洞被星系中心的大質量星團包圍的情況。
未來對宿主星系的探尋
孔賽里切(Conselice)及其合作者的計算表明，遙遠宇宙中正在合併的超矮星系可能可以解釋LIGO探測到的黑洞間的合併。
一例矮橢圓星系。最小的矮星系太過暗淡，無法利用當前科技在高紅移量下觀測。[歐洲南方天文台(ESO)/數字巡天2]
在未來，我們可以期待能通過更好地定位引力波事件宿主來驗證此理論。如果我們發現所有黑洞碰撞都來自於亮度強，質量大的星系，那麼超矮星系合併理論則被證偽。但是如果我們不能發現宿主星系，這可能是因為其為超矮星系，太小太暗，無法被觀測到。引力波天文學領域才剛剛成熟，類似此研究的理論工作表明，我們在未來能夠學到的東西還有很多。
參考文獻
「LIGO/室女座事件源於超矮星系間的黑洞合併」 Christopher J. Conselice等， 2020 ApJ890 8. doi:10.3847/1538-4357/ab5dad
相關知識
引力波是時空曲率干擾，是由質量加速運動產生的，他們按光的速度從其源頭以波的形式傳播。在1905年，Henri Poincaré提議出這個，隨後在1916年， Albert Einstein根據廣義相對論預言。引力波以輻射的形式傳播能量，能量輻射的形式跟電磁波相似。牛頓經典力學裡的萬有引力定律，不能證明引力波的存在，因為他的定律是在假設物理相互作用是在瞬間作用的（有無限的速度）前提下-說明用經典的物理模式不能解釋這種現象與相對論之間的關係。
關於引力波的天文學是可觀測的天文學的一個分支，運用引力波來收集可觀測的引力波源頭的數據，比如組成白矮星，中子星的雙星系統和黑洞、超新星，以及由於宇宙大爆炸形成的早期宇宙。
在1993年，Russell A. Hulse 和Joseph H. Taylor, Jr.由於發現和觀測到了赫爾斯-泰勒雙星脈衝星，被授予諾貝爾物理學獎，也是第一個間接證明了重力波的存在。
參考資料
1.Wikipedia百科全書
2.天文學名詞
3.Susanna Kohler-卿酒酒，歪菓有仁 °，Gwendolyn S. Lestrange
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