當(dāng)你用錘子敲鐘的時(shí)候，它會(huì)響一段時(shí)間，這是因?yàn)檎駝?dòng)的金屬會(huì)繼續(xù)共振。事實(shí)證明，當(dāng)你用另一個(gè)黑洞去撞擊一個(gè)黑洞時(shí)，類似的事情也會(huì)發(fā)生——只不過新形成的黑洞發(fā)出的不是聲波，而是波及整個(gè)宇宙的引力波。
圖解: 宇宙的歷史。根據(jù)推測，大爆炸剛發(fā)生后的超光速暴漲過程產(chǎn)生了引力波。
這些引力波就像一個(gè)和弦，一個(gè)音符的叮當(dāng)聲。根據(jù)愛因斯坦的廣義相對論，這些內(nèi)容應(yīng)該包含著黑洞的質(zhì)量以及自旋的相關(guān)信息。
現(xiàn)在,在一個(gè)全新的相對論測試中,一個(gè)由天文學(xué)家組成的研究小組已經(jīng)發(fā)現(xiàn)如何梳理出單個(gè)和弦中的音符——也就是引力波的頻率。研究小組也首次發(fā)現(xiàn)了它們其中的兩個(gè)——根據(jù)我們當(dāng)前的技術(shù)來看這是不可能的。
圖解：LIGO和LISA主要探測的波源頻域分布。橫軸為頻率，縱軸為引力波振幅。
你可能會(huì)毫不驚訝地發(fā)現(xiàn)，根據(jù)廣義相對論，他們能夠測量黑洞的質(zhì)量和自旋。
他們還能夠推斷出，這些是黑洞唯一可探測的屬性——這就支持了無毛定理，該定理指出，根據(jù)廣義相對論，黑洞只能由質(zhì)量和自旋來表征(所有其他屬性都是“毛發(fā)”)。
圖解：蟹狀星云，藍(lán)色部分為錢德拉X射線天文臺拍攝的X射線圖像，紅色部分為可見光圖像，其星云中心附近存在一顆年輕的脈沖星PSR J0534+2200，極有可能會(huì)被證實(shí)為引力波源的天體之一。
“我們都希望廣義相對論是正確的，但這是我們第一次以這種方式證實(shí)它?！甭槭±砉W(xué)院卡夫利天體物理和空間研究所的物理學(xué)家Maximiliano Isi說。
“這是第一個(gè)成功直接測試無毛定理的實(shí)驗(yàn)測量。但這并不意味著黑洞沒有‘毛發(fā)’。這意味著沒有‘毛發(fā)’的黑洞還能存在一天?！?/p>
圖解：NASA超級計(jì)算機(jī)模擬得到的黑洞雙星開始合并的情形
2015年9月，科學(xué)家首次探測到有關(guān)碰撞——GW 150914?？茖W(xué)家將引力波轉(zhuǎn)換成聲波，產(chǎn)生“啁啾”聲信號；聽起來是這樣：就像兩個(gè)黑洞合并成一個(gè)一樣，在一個(gè)非常短的時(shí)間內(nèi)新的黑洞會(huì)振蕩，發(fā)出更微弱的引力波，這就是所謂的“鈴宕”，科學(xué)家們曾認(rèn)為，在碰撞瞬間的引力波達(dá)到峰值后，它會(huì)因?yàn)樘⑷醵鵁o法探測或分析。
圖解：哈勃空間望遠(yuǎn)鏡拍攝的雙天線星系，星系的碰撞很有可能導(dǎo)致其中心超大質(zhì)量黑洞的合并
加州理工學(xué)院的天體物理學(xué)家Matthew Giesler和他的同事們通過模擬實(shí)驗(yàn)得出結(jié)論，在引力波到達(dá)頂峰后不久，“鈴宕”階段中就包含了一種不和諧的“泛音”——一種響亮而短命的音調(diào)。通過分析在泛音背景下的碰撞啁啾，研究小組可以從新黑洞中分離出一個(gè)清脆響亮的“信號”。
Isi和他的團(tuán)隊(duì)把這項(xiàng)工作應(yīng)用到GW 150914上，并專注于啁啾峰值后的那一刻。他們能夠分離出振鈴信號——甚至識別出兩個(gè)不同的音調(diào)，它們分別對應(yīng)于新黑洞的不同振動(dòng)頻率。
圖解：小質(zhì)量致密天體與星系中心的大質(zhì)量黑洞形成的EMRI是LISA重要的探測波源之一
“這是一個(gè)非常令人驚訝的結(jié)果。傳統(tǒng)的看法是，等到殘余的黑洞穩(wěn)定下來，可以探測到任何音調(diào)的時(shí)候，泛音就幾乎完全消失了，”康奈爾大學(xué)的理論天體物理學(xué)家Saul Teukolsky如是說。
“相反，我們發(fā)現(xiàn)，在主音調(diào)變得清晰之前，泛音是可以檢測到的?！?/p>
愛因斯坦預(yù)測，在黑洞碰撞的“鈴宕”中，音調(diào)高低和衰減將是新黑洞的質(zhì)量和自旋的直接產(chǎn)物。研究小組能夠測量這兩個(gè)音調(diào)的音調(diào)和衰減，從而使他們能夠探測黑洞的性質(zhì)。
圖解：基于暴脹理論的星系起源，星系起源于最初質(zhì)量密度的微擾，而這些微擾形成了今天的引力隨機(jī)背景輻射
從音調(diào)高低和衰減中計(jì)算出的質(zhì)量和自旋與之前對這兩種特性的測量結(jié)果相吻合——這表明，用目前的方法探測黑洞鈴宕的弦外之音在今天就可以完成——這意味著未來的技術(shù)可能會(huì)更加強(qiáng)大。
Isi表示:“未來，我們將在地球和太空中擁有更好的探測器，不僅能看到兩種模式，還能看到數(shù)十種模式，并且能夠精確的確定它們的屬性。”
“如果這些不是愛因斯坦預(yù)測的黑洞，如果它們是更奇異的物體，比如蟲洞或玻色子恒星，它們可能不會(huì)以同樣的方式發(fā)出聲音，而我們將有機(jī)會(huì)看到它們?！?/p>
參考資料
1.Wikipedia百科全書
2.天文學(xué)名詞
3. 停云- sciencealert
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