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天文异象!新研究表明宇宙可能密度很大,有超大质量黑洞!

2018-04-13 10:4094677奇闻网
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在星系的边界区域可能会发生一些奇怪而奇妙的事情:一对黑洞不断地合并,产生惊人的能量,而不是单个恒星自身产生的能量。

这是科学家们研究密集星系团的想法——成千上万甚至上百万的恒星紧密聚集在一起。

随着这些恒星天体如此接近,一旦两个轨道黑洞合并,由此产生的超大质量黑洞就能找到一个新的合作伙伴,重复这个过程——这就是一个国际天文学家团队正在研究的假设。

麻省理工学院的天体物理学家卡尔·罗德里格斯说:“我们认为这些星团由数百到数千个黑洞组成,这些黑洞在中心迅速下沉。”

“这些星团实际上是黑洞双星的工厂,在那里你有那么多的黑洞,在一个小的空间区域中,两个黑洞可以合并,产生一个更大的黑洞。”

“那么,那个新的黑洞可以找到另一个同伴,然后再合并。”

这是罗德里格斯和他的同事在纽约西北大学(Northwestern University)的“探索超级计算机”(Quest超级计算机)上展示的一种基于高级数学模型的研究成果。

计算机通过24种不同的模拟,覆盖了20万到200万颗恒星的大小,并运行了120亿年。这是大量的数字运算,但它表明“第二代合并”确实会发生。

计算中的特殊成分是超越牛顿的引力理论——它在绝大多数情况下都是如此——考虑两个黑洞的相互作用非常紧密,就像这些密集排列的恒星团的情况一样。

通过增加爱因斯坦的广义相对论,引力波和所有的理论,研究人员发现黑洞可以合并在一起,而不是被赶出星团(就像牛顿的经典定律那样)。

一个二进制黑洞(橙色)和一个单一的黑洞(蓝色)合并产生一个新的黑洞(红色)。

为了获得更多的证据,研究小组将需要LIGO的重力波探测器的帮助。

LIGO已经证明了恒星双星黑洞的存在,两颗即将死亡的恒星加入了一场大规模的合并,产生了一波引力波。

如果合并能够继续产生更多的合并,那么LIGO也应该能够发现这一点。

“如果我们等待的时间足够长,那么最终LIGO将会看到一些只能来自这些星团的东西,因为它比你从一颗恒星得到的任何东西都要大,”Rodriguez说。

研究人员一直在研究这些聚集的球状星团——我们自己的银河系大约有200个星系。

拼图的最后一块算出黑洞合并是否可以坚持足够长的时间来创建其他合并:根据旋转的黑洞合并,由此产生的重力波的能量很可能推动巨头联合黑洞的集群像火箭。

还是吗?到目前为止,LIGO只发现了黑洞自旋的低速率,这表明这些恒星的旋转速度并不像科学家们之前认为的那样快。

LIGO所指出的较低的自旋率是另一个迹象,表明合并可能是可能的。

所以,所有人的目光都聚焦在LIGO上,看看它的测量是否能支持探索的模型。这种想法认为,任何质量介于50-130倍太阳质量之间的物体,都必须由多次合并形成,而不是单一恒星。

“我和我的合著者打赌,我和一对研究双星形成的夫妇打赌,在前100个LIGO探测中,LIGO会探测到这个上面的质量差距。”Rodriguez说。

“如果这是真的,我就会得到一瓶好酒。”

这项研究已经发表在《物理评论快报》上。

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