小黑洞可以与难以捉摸的超大质量黑洞对进行“捉迷藏游戏”

超大质量黑洞双星的图示（图片来源：uux.cn美国国家航空航天局）

（神秘的地球uux.cn）据美国太空网（Robert Lea）：天文学家可以在“捉迷藏游戏”宇宙游戏中使用小黑洞的双星配对来寻找更大、更难以捉摸的超大质量黑洞双星。因此，这项技术可以帮助解决超大质量黑洞在早期宇宙中如何快速增长的谜团。

尽管黑洞被誉为可怕的宇宙巨人，但探测它们并非易事。所有黑洞都被一个称为“事件视界”的单向光捕获边界包围，以确保它们不发光。即使是质量是太阳数百万或数十亿倍的星系中心的超大质量黑洞，也只有在吞噬大量周围物质或撕裂一颗不幸的恒星时才是“可见的”。

然而，光，或者更准确地说是“电磁辐射”，只是一种辐射。另一种是“引力辐射”，它以微小的涟漪的形式出现，使时空嗡嗡作响，被称为“引力波”，人类才刚刚开始探测到。这意味着天文学家不必在这场捉迷藏游戏游戏中寻找超大质量黑洞对，而是可以倾听它们。

二元黑洞像带有引力波的钟一样在时空中振铃的图示。（图片来源：uux.cn/ESA–C.Carreau）

马克斯·普朗克天体物理研究所博士后研究员、团队负责人雅各布·斯蒂格曼在一份声明中表示：“我们的想法基本上就像收听无线电信道一样。我们建议使用来自成对小黑洞的信号，类似于无线电波携带信号的方式。”。“超大质量黑洞是在检测信号的调频（FM）中编码的音乐。”

小黑洞女高音

引力波是阿尔伯特·爱因斯坦在1915年的代表作《广义相对论》中首次提出的概念。

广义相对论认为，当一个具有质量的物体“扭曲”空间和时间的结构时，引力就会产生，爱因斯坦之前将其统一为一个称为“时空”的四维实体（三个空间维度，一个时间维度）

质量越大，对象创建的空间曲率极值就越大。这就解释了为什么行星的引力影响比卫星大，为什么恒星的影响比行星大，为什么黑洞的影响比任何单个物体都大。

一幅插图显示了一个黑洞在时空中引起“暴跌”扭曲。（图片来源：uux.cn/Robert Lea（与Canva共同创作））

爱因斯坦还预测，当物体在时空中加速时，它们会使其结构发出涟漪或引力波的“振铃”。这些对于低质量的物体来说是完全微不足道的，但当黑洞围绕彼此运行时（记住圆周运动是加速度），它们有足够的质量来产生显著的引力波。

当这些黑洞相互盘旋时，它们会发出连续的低频引力波。这些引力波带走角动量（或自旋），迫使黑洞聚集在一起，这一过程称为“吸气”。这增加了引力波的频率，从而导致角动量越来越快地被带走。

直到黑洞最终碰撞并合并，这一事件会发出更高频率的引力波“尖叫”。

显示二元黑洞在合并过程中发射的引力波频率的图表（图片来源：uux.cn/LIGO）

即便如此，爱因斯坦预测，这些时空涟漪将太微弱而无法探测到，尤其是当它们在宇宙中传播时会失去能量，黑洞合并发生在数百万甚至数十亿光年之外。

幸运的是，我们现在知道爱因斯坦错了。

自2015年激光干涉引力波天文台（LIGO）探测到第一个引力波信号以来，已经探测到许多这样的黑洞碰撞，该信号源自13亿光年外的二元黑洞合并。

但这些检测有一个共同点。当它们涉及黑洞时，它们总是恒星质量黑洞范围内的成对，质量在太阳的三倍到几百倍之间。对于LIGO及其同胞意大利的VIRGO和日本的神冈引力波探测器（KAGRA）等地球引力波探测器来说，超大质量黑洞合并一直是难以捉摸的。

重力波谱图。（图片来源：uux.cn美国国家航空航天局戈达德太空飞行中心）

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