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例如射擊時的后坐力，合并雙星系統(tǒng)中的兩個黑洞，動量損失會給合并后的黑洞一個類似反沖的“踢”。加州理工學(xué)院天體物理學(xué)家、即將就職的康奈爾大學(xué)文理學(xué)院克拉曼研究員Vijay Varma說：對某些雙星來說，“踢”的速度可達(dá)每秒5000公里，比大多數(shù)星系的逃逸速度都大。研究開發(fā)了一種新的方法，使用引力波測量來預(yù)測最終的黑洞何時會留在其宿主星系中，以及何時會被拋出。

這樣的測量可以提供重黑洞起源背后關(guān)鍵缺失的一塊拼圖，并提供對星系演化和廣義相對論測試的洞察。Varma是發(fā)表在《物理評論快報》期刊上，從黑洞合并信號中提取引力反沖的主要研究作者，并與麻省理工學(xué)院的馬克西米利亞諾·ISI和西爾維亞·比斯科維亞努合著。當(dāng)黑洞在雙星系統(tǒng)中運行時，它們的引力波帶走了能量和角動量，這導(dǎo)致雙星系統(tǒng)在向內(nèi)螺旋時收縮。

當(dāng)系統(tǒng)具有不對稱性時，例如質(zhì)量不相等，引力波不會向所有方向均勻發(fā)射，這會導(dǎo)致線性動量的凈損失，從而產(chǎn)生反沖。大多數(shù)反沖發(fā)生在合并附近，這可能會產(chǎn)生足夠大的沖擊力，足以將新合并的黑洞從其宿主星系中"踢"出來。研究人員的模型基于超級計算機模擬，數(shù)值求解愛因斯坦的廣義相對論方程，這些模擬是在模擬極端時空(SXS)合作下進行更大規(guī)模研究的一部分。

該合作包括來自加州理工大學(xué)和康奈爾大學(xué)的研究小組，康奈爾大學(xué)的漢斯·A·比特物理學(xué)教授索爾·特科爾斯基擔(dān)任小組組長。特科爾斯基表示：這項研究表明，引力波信號可以用來以一種意想不到的方式了解天體物理現(xiàn)象，人們曾認(rèn)為，我們需要等十多年才能找到足夠靈敏的探測器來做這類工作，但這項研究表明，現(xiàn)在實際上就可以做到這一點，非常令人興奮！

圖3、圖4、圖5圖示：這個模擬展示了一個35個太陽質(zhì)量黑洞和一個25個太陽質(zhì)量黑洞的合并，然后是合并后黑洞所受的反沖(踢)。合并后，模擬速度加快了，以突出這一點。箭頭表示黑洞的旋轉(zhuǎn)(旋轉(zhuǎn))，它們與軌道角動量(粉色箭頭)相互作用，導(dǎo)致軌道平面隨著雙星的演化而擺動，藍(lán)色和紅色球體表示碰撞過程中產(chǎn)生的引力波模式。

雖然LIGO和室女座公布引力波天文臺現(xiàn)有公開可用的引力波信號不足以很好地測量反沖，但隨著這些探測器在未來幾年的改進，這種方法將能夠可靠地測量這種“踢”，而且這種“踢”也讓一向所向披靡的無敵黑洞，也陷入尷尬，黑洞：我竟然也可能會被“踢”出星系？

博科園｜研究/來自：康奈爾大學(xué)

參考期刊《物理評論快報》

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