kaworuweb 發問於 科學天文與太空 · 1 十年前

《評論》兩個超質量的黑洞相撞會如何?

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這個回答主要引用自兩個網頁的資料,一個是 TAS ( 台灣天文網 ),另一個是 TAM ( 台北市立天文博物館 )。

其中引自 TAS 的那一段:

兩個黑洞相撞會有何結果?

當兩者相距仍有一段距離時,它們之間的重力交互作用與一般正常星體無異。一個太陽質量的黑洞直徑約 2 公里,當它們相距約幾百公里時,其外形開始變形,即事件地平面已不再是球面( 如果是非自轉黑洞)。當它們更靠近時,在巨大的加速力下,所有加速的物質都會放出重力輻射,雙黑洞系統的能量由此流失。

由於質量與能量在物理上是等效的,所以雙黑洞系統的能量流失相當於其總質量的減少。在幾分鐘內,兩個黑洞的事件地平面開始互相穿透,如果您能目睹這整個過程,將會看到兩個黑洞合併成一個新的黑洞,其質量因重力輻射而比先前兩個黑洞質量之總合稍低。根據超級電腦的計算結果,合併所造成的質量損失約10%,新黑洞的表面積也比先前兩者之合略小。

因為文章並沒列出參考資料,無從得知根據為何;但看來是有些問題的,尤其是它說「新的黑洞表面積會比原兩者之和小」。

首先,我猜它所說的黑洞表面積,應該是指視界(Event Horizon)的表面。但1972年,史蒂芬‧霍金就證明了黑洞視界的表面積永不會減少,兩個黑洞合併後的黑洞面積不會小於原先兩個黑洞面積之和 ( 見黑洞熱力學 )。這是有名的Area Theorem,是霍金早期對黑洞物理學的最重大發現之一。

當然 Area Theorem 並不一定在任何情況下都成立,例如黑洞的蒸發 ( 霍金輻射 )就是一個例外;但我看不出有甚麼特別理由黑洞相撞時會例外。

基本上,黑洞的半徑 ( ex. Event Horizon ) 是與黑洞的質量是成正比的,所以表面積約與質量成平方關係。

用最最最...粗略的估算,新的表面積約為兩舊黑洞質量之和的平方 ( = (MA + MB)2 ),即使扣掉質量損失的10%,In general應該都會比原本兩面積之和 ( 即兩質量平方之和,MA2+ MB2 ) 來得大。( 簡單數學:(A+B)2 > (A2+B2) )

另一個問題我想可能其他人已發現,就是具太陽質量的黑洞半徑應為 2.95km。一般都會把它寫成 3公里,誤寫成 2公里的說實在我是第一次看到。

基於原文出自非專業學術單位,也沒有提供參考來源 ( TAM的則有 ),我想這個部份讀者還是保留吧。

ps. 如果用Google 搜尋,會發現 TAM 台北市立天文博物館也曾登過與 TAS 同一篇文章,但已經刪除了 ( TAM 網站內的連結已不見了,但Google 還找的到 );至於是因為缺乏維護所以連結不見了,還是認為文章可能有誤所以不登呢? 就不知道了....

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其實科學家對黑洞相撞最感興趣的,主要還是在於相撞時產生的重力波。

重力波是廣義相對論所預測的東西,但仍未被直接觀察到。主要是因為重力波太微弱,難以探測;所以科學家希望找到很強的重力波源,而相撞的黑洞正好就是。

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