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在宇宙的什么地方，可以找到黑洞的托兒所？

2019-09-28 13:58 作者:博科園 0人讀過(guò) | 我要投稿

引力波研究人員開(kāi)發(fā)了一種新模型，可以幫助天文學(xué)家追蹤宇宙中黑洞系統(tǒng)的起源。黑洞的誕生有多種方式，比如在恒星坍塌后形成，也可能是超新星爆炸后形成，或者中子星合并形成等。這些巨大密集物體是用太陽(yáng)質(zhì)量(M⊙)來(lái)衡量，即太陽(yáng)的質(zhì)量。

通常，恒星只會(huì)形成質(zhì)量高達(dá)45M⊙的黑洞。然后這些系統(tǒng)配對(duì)并融合在一起，產(chǎn)生引力波。然而，恒星坍縮會(huì)導(dǎo)致不穩(wěn)定，從而阻止更重黑洞的形成，因此需要一個(gè)新的模型來(lái)解釋質(zhì)量大于50M⊙的雙黑洞系統(tǒng)。

這些物體被認(rèn)為是由雙星黑洞形成，然后雙星黑洞與其他黑洞合并?？茖W(xué)家們認(rèn)為，這些“下一代”黑洞（由它們的“父代”合并而成）可能是LIGO和Virgo觀測(cè)到的更重黑洞。伯明翰大學(xué)引力波天文學(xué)研究所的研究人員在《物理評(píng)論D》上發(fā)表了一項(xiàng)新研究表明，未來(lái)對(duì)幾代黑洞合并的探測(cè)，將能夠找出它們的誕生地。研究人員進(jìn)行了新的計(jì)算，可以幫助天文學(xué)家更好地理解這些合并物——以及在哪里找到它們。

恒星群（由引力結(jié)合在一起的恒星群）可能就像黑洞的‘托兒所’，提供了一個(gè)理想的環(huán)境來(lái)繁衍數(shù)代黑洞。但是為了知道哪種類型的星團(tuán)最有可能產(chǎn)生這些物質(zhì)，首先需要知道一些必要的物理?xiàng)l件。研究小組相信，通過(guò)計(jì)算一個(gè)星系團(tuán)可能的“逃逸速度”，已經(jīng)找到了這個(gè)謎題的部分答案，這個(gè)速度必須能夠容納一個(gè)質(zhì)量在50M⊙以上的黑洞。逃逸速度是一個(gè)物體為了逃離引力而需要移動(dòng)的速度。例如，一枚離開(kāi)地球的火箭需要以11千米/秒的速度進(jìn)入軌道。

在黑洞合并過(guò)程中，黑洞會(huì)產(chǎn)生反沖，就像子彈射出時(shí)槍會(huì)后坐力一樣，引力波發(fā)射時(shí)黑洞也會(huì)后坐力。只有當(dāng)它們的父代黑洞沒(méi)有被“踢出”星團(tuán)時(shí)，也就是說(shuō)，只有當(dāng)星團(tuán)的逃逸速度足夠大時(shí)，下一代黑洞才能形成。研究小組計(jì)算出，通過(guò)觀察質(zhì)量在50M⊙以上的黑洞，可以推斷出它們所在星團(tuán)的逃逸速度大于50千米/秒。引力波觀測(cè)為我們了解黑洞形成和演化的天體物理環(huán)境提供了一個(gè)前所未有的機(jī)會(huì)，一個(gè)非常大的事件會(huì)指向一個(gè)密度大，逃逸速度快的環(huán)境。在哪里可以找到這些類型的密集星團(tuán)？

到目前為止，對(duì)LIGO和室女座的許多預(yù)測(cè)都集中在“球狀星團(tuán)”上。球狀星團(tuán)是由大約100萬(wàn)顆恒星在星系外圍緊密結(jié)合而成的球狀星團(tuán)，然而逃跑速度太慢了。這項(xiàng)新研究發(fā)現(xiàn)，球狀星團(tuán)不太可能承載數(shù)代黑洞。天文學(xué)家們需要把目光投向更遠(yuǎn)的地方：在靠近星系中心發(fā)現(xiàn)的核星團(tuán)密度足夠大，可能提供了產(chǎn)生這些天體所需的環(huán)境。引力波天文學(xué)正在徹底改變我們對(duì)宇宙的理解，天文學(xué)家們都在等待LIGO和Virgo即將公布的結(jié)果，以檢驗(yàn)這些和其他天體物理學(xué)的預(yù)測(cè)。