只有黑洞才能产生更大的黑洞

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图解：球状星团非常壮观，因为其内部充满了恒星。它们也可能是黑洞反复合并的最佳场所。这个星系团位于银河系，被称为NGC 362。

科学家们对夜间碰撞黑洞的了解越来越深入。早在2015年，激光干涉仪引力波天文台(LIGO)就通过探测遥远星系中两个黑洞碰撞产生的时空，而书写了黑洞的新历史——首次发现证实了双恒星质量黑洞的存在，也就是由大质量恒星的超新星死亡而产生的黑洞。之后，科学家们又发现了几次合并现象(外加一次中子星合并)。

在2018年4月10日发表在《物理评论快报》(Physical Review Letters)杂志上的一项研究中，科学家提出，黑洞很可能会发生反复合并，从而产生一个巨大的黑洞，这是恒星无法生成的。球状星团是这些天体一次又一次形成和合并的完美搭档。

“我们认为这些星团是由成百上千个黑洞组成的，它们在中心迅速下沉，”麻省理工学院(MIT)和卡弗里天体物理与空间研究所(Kavli Institute for Astrophysics and Space Research)的卡尔·罗德里格斯(Carl Rodriguez)在一份声明中提到。这些星团基本上是黑洞双星的加工厂，在那里，在一个很小的空间区域中存在很多黑洞，两个黑洞可以合并产生一个更大的黑洞。紧接着，这个新的黑洞就可以找到另一个伴星并再次合并。”

激光干涉仪引力波天文台(LIGO)还没有意识到这些“第二代合并”中的一点是，迄今为止发现的所有合并都是关于恒星质量产生的黑洞（那些可能由单个大质量恒星形成的黑洞）。然而，如果在将来探测到合并事件产生的引力波，涉及到一个50倍于太阳质量的黑洞的时候，就能作为一个有力的证据，表明黑洞确实存在反复合并，这个结果无疑会令人兴奋。

罗德里格斯补充道：“如果我们等得足够久，那么最终LIGO将看到一些只产生于这些星团本身的东西，因为它的体积比你从一颗恒星所能得到的任何东西都要大。”

大多数星系是球状星团的家园，在更大的星系中能发现更多的星团。因此，巨大的椭圆星系可能拥有数万个星团，而银河系大约有200个，最近的一个距离地球7000光年。这些星系团包含了所有挤在一个小空间里的古老恒星，所以这些星系团内部的任意黑洞落向中心，并且和其他可能潜伏着的黑洞相互融合的条件已经非常成熟。

相对论计算表明，如果两个黑洞从星团的不同部分坠落后彼此靠近，它们将发射引力波，从而从它们在星团中的运动中吸收能量。这将导致黑洞变慢并开始螺旋上升，最终形成相互环绕的双星轨道。然后他们的命运就可以预测到了：两个黑洞都将继续发射引力波，导致它们的轨道收缩，直到这两个黑洞碰撞、合并并爆发出强大的引力波爆炸，以光速传播。接下来，这个新合并的黑洞将在星团内游荡，等待另一个黑洞飘过，再次开始双星之舞。

当罗德里格斯的团队运行模拟时，他们假设合并的黑洞正在快速旋转，结果黑洞快速旋转所产生的引力波就像弹道一样。

罗德里格斯说:“如果两个黑洞在合并时旋转，它们所形成的黑洞就会向一个特定的方向发射引力波，就像火箭一样，产生一个新的黑洞，它可以以每秒5000公里的速度喷射出来。速度十分惊人，只需要几十到100公里每秒的速度，就能逃离其中一个星团。”

按照这种逻辑，如果合并后的黑洞被抛出星团，它们就不能再产生新的合并了。但是，在分析了LIGO探测到的黑洞的典型自旋后，研究小组发现，黑洞的自旋发生要低得多，这意味着星团释放它们新合并的黑洞的几率更小。在修正结果后，研究人员发现，近20%的黑洞双星至少有一个黑洞是在之前的合并中形成的。根据他们的计算，第二代黑洞的质量范围应该在太阳质量的50到130倍之间。如果没有合并发生，就不可能有其他方法产生这种质量的黑洞。

因此当下的任务是，由世界上的引力波探测器来寻找由第二代黑洞产生的信号。

参考资料

1.WJ百科全书

2.天文学名词

3. 西西西- howstuffworks

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原文地址：今日头条