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開裂！一些雙星黑洞可能在蛋形軌道上相互滾動

發表于 2025-11-22 07:33:41 來源：骨軟筋酥網

具有蛋形軌道的雙星上相二元黑洞的插圖。（圖片來源：uux.cn/Nihar Gupte）
（神秘的黑洞互滾杭州臨平區附近約服務外圍女上門崴信159-8298-6630提供外圍女小姐上門服務快速安排面到付款地球uux.cn）據美國太空網（Robert Lea）：黑洞周今天（5月10日）結束，沒有比一些“雞蛋陷阱”黑洞科學更好的蛋形動方式來紀念這一時刻了。
利用位于美國的軌道激光干涉儀引力波天文臺（LIGO）以及分別位于意大利和日本的Virgo和KAGRA探測器的引力波測量，科學家們發現一些雙星黑洞的開裂軌道可能是蛋形的，并表現出奇怪的雙星上相擺動。
這項研究不僅僅是黑洞互滾一種好奇（以及破解一些與壞雞蛋有關的雙關語的“雞蛋陷阱”）。在雙星黑洞系統中發現這些橢圓形軌道可以幫助研究人員確定這些系統是蛋形動如何形成的。
該研究的軌道主要作者、德國馬克斯·普朗克引力物理研究所和馬里蘭大學的開裂尼哈爾·古普特告訴Space.com：“我們發現，大多數雙星黑洞預計都在所謂的雙星上相‘準圓形’軌道上。‘準’只是黑洞互滾意味著，由于引力波的蛋形動發射，黑洞的軌道分離度隨著時間的推移而減少。”。杭州臨平區附近約服務外圍女上門崴信159-8298-6630提供外圍女小姐上門服務快速安排面到付款
Gupte補充道：“我們的研究表明，觀測到的一些雙星黑洞可能處于‘偏心’軌道。”。“這意味著黑洞的軌道呈橢圓形或‘蛋’形。”
研究人員說，研究小組還發現，當黑洞相互繞軌道運行時，蛋形橢圓形軌道的尖端可以旋轉。
“我們還發現，如果你使用非偏心模型分析這些事件，你會高估了黑洞的質量，”Gupte補充道。
我們能從蛋形黑洞軌道中學到什么
Gupte和他的同事檢查了LIGO Virgo KAGRA合作通過引力波探測到的57對雙星黑洞。引力波是阿爾伯特·愛因斯坦在1915年著名的廣義相對論中首次預測的時空波紋。
廣義相對論認為，有質量的物體在空間和時間的結構中產生了曲率，統一為一個稱為“時空”的四維實體。引力源于這種曲率，隨著物體質量的增加，這種曲率變得更加極端。這就是為什么恒星比行星有更大的引力影響，而星系比恒星有更多的引力影響。
愛因斯坦還在這一革命性的引力理論中預測，當物體加速時，它們會發出微小的漣漪，通過時空輻射出去——引力波。然而，在到達中子星和黑洞等超密度物體的區域之前，這些波紋是微不足道的。
當雙星中子星或黑洞相互旋轉時，它們會不斷發出引力波，以角動量的形式將能量從系統中帶走。角動量的損失導致這些天體的軌道收緊，將它們拉到一起，直到它們的引力影響接管為止。最終，它們碰撞合并，發出最后一聲尖銳的引力波。
愛因斯坦認為，即使是這些引力波也太微弱，無法在地球上探測到。幸運的是，2015年9月，LIGO探測到GW150914，這是一個來自10億光年外黑洞雙星合并的引力波信號，證明了這位偉大的科學家錯了。
開裂！一些雙星黑洞可能在蛋形軌道上相互滾動

一幅雙星黑洞在時空中像鐘一樣發出引力波的示意圖。（圖片來源：uux.cn/ESA–C.Carreau）
正如這項新研究所表明的那樣，隨著引力波的探測不斷深入，像古普塔這樣的科學家正在學習如何利用引力波來揭示產生引力波的物體的細節。
古普塔解釋說，利用引力波來了解雙星黑洞的軌道，類似于古生物學家研究骨骼來重建恐龍的生活方式。因此，物理學家可以研究合并二元黑洞的性質，以了解二元黑洞最初是如何合并在一起的。
這可以通過兩種不同的方式發生。當一個黑洞雙星遇到另一個黑洞，甚至另一個星系并與之相互作用時，就會發生動力學相互作用。
另一方面，雙星可以更簡單地從已經相互環繞并成為黑洞的兩顆恒星中分離出來，或者從一個離另一個太近的黑洞中分離出來并在碰撞合并之前形成雙星。
開裂！一些雙星黑洞可能在蛋形軌道上相互滾動

一張圖表顯示了黑洞雙星產生的兩種可能的形成機制，可以通過檢查這些排列的離心率來進行選擇（圖片來源：uux.cn/Nihar Gupte）
古普塔說：“關鍵的想法是，如果我們觀察到一個有離心率的雙星，它可能來自于動力學相互作用。”。“這些混亂的相互作用可以分裂雙星，并將其組成的黑洞從宿主星系和星系團中射出。但有時，它們也會縮小兩個黑洞之間的距離，導致離心率，并導致它們在短時間內合并。”
除了利用軌道離心率來講述黑洞雙星的故事外，這位科學家和他的團隊還對考慮軌道的橢圓性質對這些系統的引力波發射的影響感興趣。
古普塔解釋道：“當你有離心率時，這意味著在軌道上的某些點上，黑洞彼此更靠近。”。“當黑洞離彼此更近時，它們的加速度更大，這意味著它們會發射更多的引力波。另一方面，如果它們離得很遠，它們的加速會更小，這意味著它們發射的引力波更少。
“所以你最終會在波形（引力波的總模式）的振幅中看到一些小光點，這些光點是由黑洞彼此越來越近而產生的！”
開裂！一些雙星黑洞可能在蛋形軌道上相互滾動

顯示常見信封事件如何進行的圖表。M1是一顆變成紅矮星的恒星，膨脹到黑洞（M2）周圍有氣體（紅色）。（圖片來源：uux.cn杜蘭德·德蘇扎）
如果不使用引力波，雙星黑洞的性質和歷史將非常難以確定。理解雙星黑洞起源的另一種方法是用標準的基于光的天文學尋找所謂的“共同包絡”事件。
這些事件以一顆恒星和一個黑洞相互繞軌道運行開始，這顆恒星成長為紅巨星。膨脹膨脹恒星的外層在雙星的兩個居住者周圍形成了一個共同的外殼，在黑洞和恒星之間產生摩擦。這縮小了雙星的軌道，最終，在紅巨星變成黑洞后，這導致了雙星黑洞的合并。
古普塔說：“問題是，電磁觀測很難觀測到這一關鍵時期。這是因為大質量恒星罕見且壽命短，因此致密天體合并的關鍵進化階段只占這些系統的一小部分。”。“另一方面，通過研究引力波，我們可以了解雙星合并的最后時刻。這可以讓我們追溯合并的歷史，并假設是什么形成了合并。”
他補充說，引力波在這方面特別有用，因為它們是一個“非常干凈的探測器”或遙遠的事件。這是指這些時空波紋可以傳播很遠的距離，而不會受到雙星和地球之間任何東西的干擾。
古普特說：“雖然我們并不聲稱這些是對偏心雙星黑洞的最終探測，但這些結果指向了現有群體的偏心率。”。“這是當前基于地球的引力波探測器觀測運行以及未來地面和天基引力波探測器的重要考慮因素。
“目前，我們沒有足夠的數據來最終確定雙星黑洞的起源。然而，如果我們在未來觀察到更多偏心的雙星黑洞，我們可以開始限制形成這些系統的機制。”
該團隊的論文尚未在同行評審期刊上發表。您可以在arXiv在線存儲庫中閱讀它的預印本。

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