宇宙大事件，大黑洞合并及灾难

计算机模拟显示引力波是由一次强大的宇宙事件产生的。

如果你搜索宇宙中最强大的事件，许多来源会告诉你，伽马射线爆发是大爆炸之外能量最大的爆炸。它们被描述为宇宙中最明亮和最强的爆炸，一些伽马射线爆发在几秒钟内释放的能量比太阳数十亿年所释放的能量还要多300倍。这些电磁辐射的爆发来自于极端物体如黑洞、中子星和超新星。迄今为止观察到的最具爆炸性、能量最大的事件就是一次这样的伽马射线爆发，它被美国宇航局的一个天文台发现了，它释放出5 x 10^54焦耳的能量。但还有更强大的事件。

那么黑洞合并呢？当两个黑洞合并时，它们的亮度比宇宙中所有10^22颗恒星的亮度加起来还要高，这只持续不到一秒。GW150914是我们发现的第一个黑洞合并，在仅仅200毫秒的时间内发出了10^47焦耳的能量。迄今为止，最强大的黑洞碰撞发生在两个质量分别为85和66个太阳质量的黑洞之间，最终产生了一个150个太阳质量的黑洞。在此过程中，一些黑洞的质量转化为能量。这种级别的碰撞产生了引力波信号——时空中的干扰——我们可以使用激光干涉引力波天文台（LIGO）等仪器来探测。

然而，如果这些事件都不是宇宙中最强大的，那么什么是呢？

由美国宇航局制作的伽马射线爆发动画

答案是黑洞碰撞的极端延伸。到目前为止我们能够探测到的碰撞是在恒星质量的黑洞之间发生的。它们的质量从5个太阳到100个太阳不等。但这类黑洞与更极端的黑洞相比根本算不了什么，超大质量黑洞的质量相当于太阳的数百万到数十亿倍。如果两个超大质量黑洞发生碰撞，那么它将产生大爆炸之后能量最大的事件。理论上，它们应该像较小的恒星质量的黑洞一样碰撞。也许我们可以在这十年内的某个时候探测到它。

当星系漂移到一起时，超大质量的黑洞合并就会发生，它们中心的巨大黑洞会互相融合，成为新形成的星系的新中心。但两个黑洞不会立即合并。它们首先进入彼此的轨道。随着时间的推移，轨道收缩，使得两个黑洞越来越近，直到它们之间的距离约为1秒差距（3.2光年）。这之后会发生什么仍然是个谜。

一个模拟显示两个超大质量黑洞正在合并。

一些理论认为，一旦黑洞达到1秒差距，它们就会无限期地停滞，只有由3个或更多超大质量黑洞组成的黑洞群才能跨越这个距离，完全融合。

还有一种理论认为，1秒差距的距离根本不是问题，超大质量黑洞确实会像小黑洞一样合并。如果是这样的话，那么它们的引力波和电磁辐射应该会在宇宙中传播，让地球上的我们了解它们。完成合并需要两千五百万年。许多科学家支持超大质量黑洞合并的想法，因为它们不仅符合我们已经观察到的现象，而且还为具有数十亿太阳质量的黑洞的存在提供了合适的解释。

上图是一个黑洞碰撞的动画。由此产生的引力波被LIGO探测到了。

恒星质量的黑洞合并，在几毫秒内发出的光，比宇宙中所有的恒星的亮度之和都亮，超大质量的黑洞合并，持续时间可达1周。这种能量是在超过5亿太阳质量的黑洞合并时释放出来的。如此大规模的灾难性事件将使合并成为自大爆炸以来最爆炸的时刻。

还可以更大。美国普林斯顿大学的一个天体物理学家团队发现了两个黑洞，它们的质量都超过了太阳的8亿倍。这对星系距离地球25亿光年。在3.21亿光年存在一对黑洞——每个都在自己星系的中心——每个都有数百亿太阳质量。因为这两个黑洞属于同一个星系团中的星系，它们可能有一天会走到一起并合并。

图片来源：ESA

虽然超大质量黑洞合并的引力波还没有被LIGO探测到，但正在建造的新仪器可能意味着超大质量黑洞的碰撞将在未来几年内被观测到。欧洲航天局计划未来的任务“雅典娜”和“丽莎”，雅典娜是有史以来最大的x射线天文台。这两项任务将一起探测引力波，告诉我们引力波来自哪个方向，然后收集黑洞周围气体的x射线数据，以观察碰撞如何影响黑洞。

另一方面，NANOGrav使用一种被称为脉冲星时序阵列的方法。被称为“脉冲星”的死亡恒星会发出有规律的无线电波，研究人员可以利用这些电波来探测引力干扰。其他的包括欧洲脉冲星计时阵和澳大利亚的帕克斯脉冲星计时阵。希望是在合并的最后阶段，当黑洞激发时，它们将以一致的频率发射出振幅较大的引力波。

如果是这样的话，那么在十年内——在我们的有生之年——我们将见证整个宇宙中可能发生的最强大的事件。我们中的大多数人可能永远也无法离开地球去触摸月球，或者坐在火星上的山丘的阴影下。这些探测，这些图像和声音，这些视频和数字，将是我们在星际空间中最接近宇宙“生物”的时刻。