新方法预测哪些黑洞会逃离它们的星系

时间:2020-04-03 17:45 来源:seo 作者:杏鑫 点击量:

新方法预测哪些黑洞会逃离它们的星系

用来复枪射击,后坐力可能会把你向后撞。在一个双星系统中,两个黑洞合并在一起,动量的损失会产生类似的反冲——“踢”——作用于合并后的黑洞。

“对于一些双星,反冲速度可以达到每秒5000公里,这比大多数星系的逃逸速度都要快,”加州理工学院的天体物理学家维贾伊·瓦尔玛(Vijay Varma)说,他即将成为康奈尔大学艺术与科学学院的Klarman研究员。

Varma和他的同事开发了一种新方法,利用引力波测量来预测最后一个黑洞何时会留在它的宿主星系,何时会被抛出。瓦尔玛说,这样的测量可以为沉重黑洞的起源之谜提供一个重要的缺失部分,也可以为星系演化和广义相对论的检验提供洞见。他是《从黑洞合并信号中提取引力反冲力》一书的主要作者,该书于3月13日发表在《物理评论快报》(Physical Review Letters)上,与麻省理工学院(Massachusetts Institute of Technology)的马克西米利亚诺·伊西(Maximiliano Isi)和西尔维娅·比斯科瓦努(Sylvia Biscoveanu)合著。

当黑洞在双星系统中运行时,它们的引力波带走了能量和角动量,导致双星系统在向内螺旋运动时收缩。当一个系统具有不对称性时,例如质量不相等,引力波并不是均匀地向各个方向发射,这会导致线性动量的净损失,从而导致反冲。大部分的反冲发生在合并的附近,这会导致一个足够大的反冲,把新合并的黑洞从它的主星系中分离出来。

研究人员的模型是建立在超级计算机模拟的基础上的,该模拟从数值上解决了爱因斯坦的广义相对论方程。这些模拟是在模拟极端太空时间(SXS)合作下进行的大型研究工作的一部分,其中包括来自加州理工学院和康奈尔大学的研究小组。索尔·图科尔斯基(Saul Teukolsky)是康奈尔大学(Cornell)物理学教授汉斯·a·贝(Hans A. Bethe)。

图科尔斯基说:“这项研究表明,引力波信号可以被用来以一种意想不到的方式了解天体物理现象。”“人们曾认为,我们要等上十多年才能等到足够灵敏的探测器来做这类工作,但这项研究表明,我们现在确实可以做到——非常令人兴奋!”

尽管LIGO和Virgo公布的现有公开的引力波信号不够强,不足以进行良好的反冲测量,但作者表示,随着这些探测器在未来几年的改进,这种方法将能够可靠地测量反冲。

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