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黑洞是宇宙中最神秘的天体,就像无底洞,任何物质包括光,只要掉进去就再也出不来。 但你有没有想过,黑洞其实是人类了解宇宙的关键?因为它的存在验证了爱因斯坦广义相对论的正确性。2015年,人类第一次探测到黑洞碰撞产生的引力波,从那以后,黑洞不再是理论上的天体,而是我们可以通过电磁波和引力波直接观测到的存在。 今天,我们就通过黑洞碰撞的声音,一起感受它的神秘。 LIGO:捕捉时空涟漪的耳朵 说到黑洞碰撞,必须提到LIGO——激光干涉引力波天文台。它由两台巨大的干涉仪组成,分别位于美国的利文斯顿和汉福德。 这两台干涉仪的精度高到什么程度?可以探测到质子直径千分之一的变化。相当于在四公里距离上,测量出比人类头发丝还细的变化。 正是因为有这样的精度,LIGO才能在2015年9月14日第一次探测到引力波。 第一次听到黑洞碰撞 这次引力波由两个黑洞碰撞产生。两个黑洞的质量分别是太阳的29倍和36倍,距离地球约14亿光年。碰撞前,它们互相绕转的频率快得惊人,最后时刻每秒能转25圈,最终合并成一个60倍太阳质量的黑洞。 这次碰撞释放的能量极其巨大——不到一秒释放的能量,相当于宇宙中所有恒星释放能量的总和。碰撞产生的引力波,经过14亿年传播到达地球,被LIGO捕捉到。 很多人好奇,引力波怎么变成声音?引力波本身听不到,因为频率太低,只有10赫兹左右,远低于人类听力范围。但科学家通过技术手段把频率提高,把信号加快16倍,我们就能听到了。 你听到的这段声音,就是两个黑洞碰撞合并的声音。开始频率很低,随着黑洞靠近,频率越来越高,声音越来越尖锐,最后合并,声音戛然而止。 这不仅仅是一个声音,这是14亿光年外的两个黑洞,在宇宙中上演的合并事件。而我们在地球上,通过LIGO听到了这场宇宙级的碰撞。 中子星碰撞也产生引力波 除了黑洞,中子星碰撞也能产生引力波。2017年8月17日,LIGO和VIRGO探测到一次中子星碰撞,距离我们1.3亿光年。两个中子星质量分别是太阳的1.4倍和1.3倍,合并后除了引力波,还产生大量电磁波。 这次人类几乎所有望远镜都对准了这个区域,从伽马射线暴到可见光,都观测到了碰撞的余晖。更重要的是,这次碰撞让我们第一次确认:宇宙中的重金属比如金、铂,都来自中子星碰撞。 这也解释了为什么地球上的黄金这么少——产生条件太苛刻,必须中子星这种级别碰撞才能
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