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科学探索

对于黑洞来说28 47=72,而不是75

科学探索万象经验2023-05-08

当一个质量穿过一个空间区域,其中潜在的时空曲率发生变化,或者即使时空曲率保持不变,质量也在加速,这种相互作用会导致发射一种特定类型的辐射:引力波。

然而,存在许多天体物理场景,其中引力波的影响要明显得多。一般来说,任何存在于广义相对论中的效应在以下情况下会最强:质量很大、距离很小、空间的曲率很大。黑洞的质量最大,体积最小,可以在最近的距离上接近,并表现出最大的空间曲率。

如果中子星处于一个完全稳定的轨道上,不会因为预测的引力波的发射而以任何方式衰减,那么我们接收到的脉冲模式将会随时间而恒定。然而,如果轨道在衰减,我们会看到脉冲模式的演变,特别是我们会看到轨道本身开始加速。

自20世纪60年代以来,我们就知道了双星脉冲星。通过对这些天体的长期观察,我们不仅看到了我们所观测到的脉冲模式的变化,而且这种模式的变化与广义相对论所预测的引力波发射的方式完全一致。

黑洞合并的近似数学

令人惊讶的是,绝大多数的能量释放发生在这些质量相互围绕的最后两到三次轨道上,以及在合并本身的时刻。如果不是能量峰值出现在最后,我们可能会完全错过我们看到的许多引力波事件。在很多情况下,只有在这最后的几毫秒内,我们才能得到引力波信号高于噪声的可靠信号。

如果你有两个黑洞合并,你知道它们的初始质量,你可以预测这些质量中有多少会成为最终的质量,合并后的黑洞,有多少会以引力波的形式辐射出去。例如,有46个太阳质量和40个太阳质量的黑洞合并,最终的黑洞将是82个太阳质量,其中4个太阳质量被辐射出去。

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