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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(qū)附近約服務(wù)外圍女上門崴信159-8298-6630提供外圍女小姐上門服務(wù)快速安排面到付款地球uux.cn）據(jù)美國(guó)太空網(wǎng)（Robert Lea）：黑洞周今天（5月10日）結(jié)束，沒有比一些“雞蛋陷阱”黑洞科學(xué)更好的蛋形動(dòng)方式來紀(jì)念這一時(shí)刻了。
利用位于美國(guó)的軌道激光干涉儀引力波天文臺(tái)（LIGO）以及分別位于意大利和日本的Virgo和KAGRA探測(cè)器的引力波測(cè)量，科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)一些雙星黑洞的開裂軌道可能是蛋形的，并表現(xiàn)出奇怪的雙星上相擺動(dòng)。
這項(xiàng)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(guān)的雙關(guān)語(yǔ)的“雞蛋陷阱”）。在雙星黑洞系統(tǒng)中發(fā)現(xiàn)這些橢圓形軌道可以幫助研究人員確定這些系統(tǒng)是蛋形動(dòng)如何形成的。
該研究的軌道主要作者、德國(guó)馬克斯·普朗克引力物理研究所和馬里蘭大學(xué)的開裂尼哈爾·古普特告訴Space.com：“我們發(fā)現(xiàn)，大多數(shù)雙星黑洞預(yù)計(jì)都在所謂的雙星上相‘準(zhǔn)圓形’軌道上。‘準(zhǔn)’只是黑洞互滾意味著，由于引力波的蛋形動(dòng)發(fā)射，黑洞的軌道分離度隨著時(shí)間的推移而減少。”。杭州臨平區(qū)附近約服務(wù)外圍女上門崴信159-8298-6630提供外圍女小姐上門服務(wù)快速安排面到付款
Gupte補(bǔ)充道：“我們的研究表明，觀測(cè)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(fā)現(xiàn)，當(dāng)黑洞相互繞軌道運(yùn)行時(shí)，蛋形橢圓形軌道的尖端可以旋轉(zhuǎn)。
“我們還發(fā)現(xiàn)，如果你使用非偏心模型分析這些事件，你會(huì)高估了黑洞的質(zhì)量，”Gupte補(bǔ)充道。
我們能從蛋形黑洞軌道中學(xué)到什么
Gupte和他的同事檢查了LIGO Virgo KAGRA合作通過引力波探測(cè)到的57對(duì)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(duì)論中首次預(yù)測(cè)的時(shí)空波紋。
廣義相對(duì)論認(rèn)為，有質(zhì)量的物體在空間和時(shí)間的結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生了曲率，統(tǒng)一為一個(gè)稱為“時(shí)空”的四維實(shí)體。引力源于這種曲率，隨著物體質(zhì)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(yù)測(cè)，當(dāng)物體加速時(shí)，它們會(huì)發(fā)出微小的漣漪，通過時(shí)空輻射出去——引力波。然而，在到達(dá)中子星和黑洞等超密度物體的區(qū)域之前，這些波紋是微不足道的。
當(dāng)雙星中子星或黑洞相互旋轉(zhuǎn)時(shí)，它們會(huì)不斷發(fā)出引力波，以角動(dòng)量的形式將能量從系統(tǒng)中帶走。角動(dòng)量的損失導(dǎo)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(fā)出最后一聲尖銳的引力波。
愛因斯坦認(rèn)為，即使是這些引力波也太微弱，無法在地球上探測(cè)到。幸運(yùn)的是，2015年9月，LIGO探測(cè)到GW150914，這是一個(gè)來自10億光年外黑洞雙星合并的引力波信號(hào)，證明了這位偉大的科學(xué)家錯(cuò)了。

一幅雙星黑洞在時(shí)空中像鐘一樣發(fā)出引力波的示意圖。（圖片來源：uux.cn/ESA–C.Carreau）
正如這項(xiàng)新研究所表明的那樣，隨著引力波的探測(cè)不斷深入，像古普塔這樣的科學(xué)家正在學(xué)習(xí)如何利用引力波來揭示產(chǎn)生引力波的物體的細(xì)節(jié)。
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(xué)家研究骨骼來重建恐龍的生活方式。因此，物理學(xué)家可以研究合并二元黑洞的性質(zhì)，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(fā)生。當(dāng)一個(gè)黑洞雙星遇到另一個(gè)黑洞，甚至另一個(gè)星系并與之相互作用時(shí)，就會(huì)發(fā)生動(dòng)力學(xué)相互作用。
另一方面，雙星可以更簡(jiǎn)單地從已經(jīng)相互環(huán)繞并成為黑洞的兩顆恒星中分離出來，或者從一個(gè)離另一個(gè)太近的黑洞中分離出來并在碰撞合并之前形成雙星。

一張圖表顯示了黑洞雙星產(chǎn)生的兩種可能的形成機(jī)制，可以通過檢查這些排列的離心率來進(jìn)行選擇（圖片來源：uux.cn/Nihar Gupte）
古普塔說：“關(guān)鍵的想法是，如果我們觀察到一個(gè)有離心率的雙星，它可能來自于動(dòng)力學(xué)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(tuán)中射出。但有時(shí)，它們也會(huì)縮小兩個(gè)黑洞之間的距離，導(dǎo)致離心率，并導(dǎo)致它們?cè)诙虝r(shí)間內(nèi)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(xué)家和他的團(tuán)隊(duì)還對(duì)考慮軌道的橢圓性質(zhì)對(duì)這些系統(tǒng)的引力波發(fā)射的影響感興趣。
古普塔解釋道：“當(dāng)你有離心率時(shí)，這意味著在軌道上的某些點(diǎn)上，黑洞彼此更靠近。”。“當(dāng)黑洞離彼此更近時(shí)，它們的加速度更大，這意味著它們會(huì)發(fā)射更多的引力波。另一方面，如果它們離得很遠(yuǎn)，它們的加速會(huì)更小，這意味著它們發(fā)射的引力波更少。
“所以你最終會(huì)在波形（引力波的總模式）的振幅中看到一些小光點(diǎn)，這些光點(diǎn)是由黑洞彼此越來越近而產(chǎn)生的！”

顯示常見信封事件如何進(jìn)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(zhì)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(biāo)準(zhǔn)的基于光的天文學(xué)尋找所謂的“共同包絡(luò)”事件。
這些事件以一顆恒星和一個(gè)黑洞相互繞軌道運(yùn)行開始，這顆恒星成長(zhǎng)為紅巨星。膨脹膨脹恒星的外層在雙星的兩個(gè)居住者周圍形成了一個(gè)共同的外殼，在黑洞和恒星之間產(chǎn)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(dǎo)致了雙星黑洞的合并。
古普塔說：“問題是，電磁觀測(cè)很難觀測(cè)到這一關(guān)鍵時(shí)期。這是因?yàn)榇筚|(zhì)量恒星罕見且壽命短，因此致密天體合并的關(guān)鍵進(jìn)化階段只占這些系統(tǒng)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(shí)刻。這可以讓我們追溯合并的歷史，并假設(shè)是什么形成了合并。”
他補(bǔ)充說，引力波在這方面特別有用，因?yàn)樗鼈兪且粋€(gè)“非常干凈的探測(cè)器”或遙遠(yuǎn)的事件。這是指這些時(shí)空波紋可以傳播很遠(yuǎn)的距離，而不會(huì)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(duì)偏心雙星黑洞的最終探測(cè)，但這些結(jié)果指向了現(xiàn)有群體的偏心率。”。“這是當(dāng)前基于地球的引力波探測(cè)器觀測(cè)運(yùn)行以及未來地面和天基引力波探測(cè)器的重要考慮因素。
“目前，我們沒有足夠的數(shù)據(jù)來最終確定雙星黑洞的起源。然而，如果我們?cè)谖磥碛^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(tǒng)的機(jī)制。”
該團(tuán)隊(duì)的論文尚未在同行評(píng)審期刊上發(fā)表。您可以在arXiv在線存儲(chǔ)庫(kù)中閱讀它的預(yù)印本。