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天文科普：誰說黑洞無敵的？黑洞也會被以5000公裏每秒的速度“踢”出星係！

來源：博科園

發布時間：2021-12-20

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例如射擊時的後坐力，合並雙星係統中的兩(liang) 個(ge) 黑洞，動量損失會(hui) 給合並後的黑洞一個(ge) 類似反衝(chong) 的“踢”。加州理工學院天體(ti) 物理學家、即將就職的康奈爾大學文理學院克拉曼研究員Vijay Varma說：對某些雙星來說，“踢”的速度可達每秒5000公裏，比大多數星係的逃逸速度都大。研究開發了一種新的方法，使用引力波測量來預測最終的黑洞何時會(hui) 留在其宿主星係中，以及何時會(hui) 被拋出。

這樣的測量可以提供重黑洞起源背後關(guan) 鍵缺失的一塊拚圖，並提供對星係演化和廣義(yi) 相對論測試的洞察。Varma是發表在《物理評論快報》期刊上，從(cong) 黑洞合並信號中提取引力反衝(chong) 的主要研究作者，並與(yu) 麻省理工學院的馬克西米利亞(ya) 諾·ISI和西爾維亞(ya) ·比斯科維亞(ya) 努合著。當黑洞在雙星係統中運行時，它們(men) 的引力波帶走了能量和角動量，這導致雙星係統在向內(nei) 螺旋時收縮。

當係統具有不對稱性時，例如質量不相等，引力波不會(hui) 向所有方向均勻發射，這會(hui) 導致線性動量的淨損失，從(cong) 而產(chan) 生反衝(chong) 。大多數反衝(chong) 發生在合並附近，這可能會(hui) 產(chan) 生足夠大的衝(chong) 擊力，足以將新合並的黑洞從(cong) 其宿主星係中"踢"出來。研究人員的模型基於(yu) 超級計算機模擬，數值求解愛因斯坦的廣義(yi) 相對論方程，這些模擬是在模擬極端時空(SXS)合作下進行更大規模研究的一部分。

該合作包括來自加州理工大學和康奈爾大學的研究小組，康奈爾大學的漢斯·A·比特物理學教授索爾·特科爾斯基擔任小組組長。特科爾斯基表示：這項研究表明，引力波信號可以用來以一種意想不到的方式了解天體(ti) 物理現象，人們(men) 曾認為(wei) ，我們(men) 需要等十多年才能找到足夠靈敏的探測器來做這類工作，但這項研究表明，現在實際上就可以做到這一點，非常令人興(xing) 奮！

圖3、圖4、圖5圖示：這個(ge) 模擬展示了一個(ge) 35個(ge) 太陽質量黑洞和一個(ge) 25個(ge) 太陽質量黑洞的合並，然後是合並後黑洞所受的反衝(chong) (踢)。合並後，模擬速度加快了，以突出這一點。箭頭表示黑洞的旋轉(旋轉)，它們(men) 與(yu) 軌道角動量(粉色箭頭)相互作用，導致軌道平麵隨著雙星的演化而擺動，藍色和紅色球體(ti) 表示碰撞過程中產(chan) 生的引力波模式。