最终有多少颗星星聚集在一起形成黑洞?宇宙早已安排好了

自从2015年引力波天文学取得突破，由于重力的作用，科学家们能够探测到十几对距离很近的黑洞——被称为“二元黑洞”——通过它们彼此碰撞的方式。然而，科学家们仍然在争论这些黑洞有多少是从恒星中诞生的，以及它们如何能够在我们宇宙生命周期内足够接近来进行碰撞。现在，一位范德比尔特天体物理学家开发的一项很有前途的新研究可能会给我们提供一种有条理的方法，利用这个方法可以找到宇宙史上作为二元黑洞碰撞的可用恒星的数量。

图解：艺术家的概念展示了两个黑洞之间的碰撞，类似于LIGO和Virgo两个引力波探测器检测到的黑洞。(概念荣誉属于：LIGO/加州理工学院/麻省理工学院/索诺玛州 Aurore Simonnet 范德比尔特大学。)

这项研究发表在《天体物理学杂志》的《信报》上，将帮助未来的科学家解读恒星的潜在种群，并测试宇宙历史上所有碰撞黑洞的形成理论。

图解：超大质量黑洞在超巨椭圆星系M87的中心，黑洞的质量是太阳的70亿倍，如事件地平线望远镜（2019年4月10日）公布的第一幅图像所示。新月状发射环和中心的阴影是可见的。它们是黑洞光子环的引力放大视图和事件视界的光子捕获区。新月形状的来自于黑洞的旋转和相对论光束；阴影约为事件视界直径的2.6倍。

Karan Jani是范德堡大学的天体物理学家，同时也是此次研究的主席，他说：“ 迄今为止已经有多位研究人员建立了宇宙中黑洞对的构造和存在理论，但这些黑洞对的前身恒星为何物仍是未解之谜。这次，我们使用了现有的天文观察进行了一个有关黑洞撞击的鉴定研究。在这个过程中，我们更新了原有约束，或者说是原有预设。研究结果告诉我们，自宇宙伊始，这些恒星注定会像黑洞一样经历碰撞。”

爱因斯坦的广义相对论阐述了黑洞间的相互作用以及最终相撞。Jani和他的同僚哈佛大学的Abraham Loeb一同利用激光干涉引力波天文台对各个时间点的宇宙时间和空间资源进行了盘点。他们随后更新了双黑洞形成过程中的约束项：宇宙中的有效恒星，各恒星转变为独立黑洞的过程，针对这些黑洞最终碰撞的监测。监测的原理就是激光干涉引力波天文台所能够在数百万年后采集到黑洞撞击后产生的引力波信息。

Jani还补充道：“ 就目前的观察成果来说，我们发现宇宙中14%的巨型行星最终会经历黑洞碰撞，这就是大自然非凡的效率。这些新增的构造约束可以帮助研究人员追踪黑洞历史，解答历史问题，更不用提给我们创造更多新奇的故事了。”

相关知识

黑洞是一个时空区域，其引力加速度非常之大，以至于任何粒子，甚至光等电磁辐射都无法逃脱。广义相对论预言，一个足够紧密的质量可以使时空变形而形成黑洞。没有可能逃脱的区域的边界叫做视界。虽然事件视界对穿过它的物体的命运和环境有巨大的影响，但在局部可检测的特征中似乎没有观察到。在许多方面，黑洞就像一个理想的黑体，因为它不反射光。此外，弯曲时空中的量子场论预测，视界会发出霍金辐射，其频谱与温度与质量成反比的黑体相同。对于具有恒星质量的黑洞来说，这个温度大约是十亿分之一开尔文，因此根本无法观测。

18世纪，约翰·米歇尔和皮埃尔·西蒙·拉普拉斯首次考虑了引力场太强以至于光线无法逃逸的物体。1916年，卡尔·施瓦茨希尔德(Karl Schwarzschild)发现了第一个描述黑洞特征的广义相对论的现代解，尽管1958年，戴维·芬克尔斯坦(David Finkelstein)首次发表了关于黑洞是一个没有任何东西可以逃脱的空间区域的解释。黑洞长期以来被认为是数学上的奇葩;在20世纪60年代，理论工作表明它们是广义相对论的普遍预测。乔斯林·贝尔·伯奈尔1967年发现的中子星激起了人们对引力坍缩的致密物体的兴趣，认为这是一种可能的天体物理现象

参考资料

1.Wikipedia百科全书

2.天文学名词

3.Vanderbilt University-与共，汤圆～，初霁

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2.天文学名词

3.原文来自：https://www.technology.org/2020/02/03/how-many-stars-eventually-collide-as-black-holes-the-universe-has-a-budget-for-that/

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