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超大质量黑洞的物理学

最近,超大质量的黑洞吸引了很多关注,特别是在我们今年看到星系M87中心的黑洞图像后,我们为了解黑洞背后的物理打开了一扇新的窗户。

离银河系中心只有2.4万光年,是解决这些与超大质量黑洞相关的基础物理问题的独特实验场所。例如,天体物理学家希望了解它们对星系中心区域的影响,以及它们在星系形成和演化中的作用。如果你能在银河系中心找到一对超大质量的黑洞,这意味着在过去的某个时候,银河系与另一个可能很小的星系合并。

这并不是监测周围恒星所能告诉我们的一切。恒星S0-2的测量使科学家能够独特地测试爱因斯坦的广义相对论。20185月,S0-2在距离超大质量黑洞仅130倍的地方疾驰而过。根据爱因斯坦的理论,当恒星爬出超大质量黑洞的引力陷阱时,它发出的光的波长应该会拉长。

爱因斯坦预测的爱因斯坦预测的波长拉伸(使恒星看起来更红),并证明广义相对论准确地描述了这个极端引力场中的物理现象。我们将在大约16年后与S0-2进行第二次密切接触。当时,天体物理学家可能会更多地测试爱因斯坦关于广义相对论的预测,包括他预测的恒星轨道拉长方向。但如果超大质量黑洞周围有同伴黑洞,预结果可能会改变。

最后,如果星系中心真的有两个巨大的黑洞相互包围,它们会发射引力波。自2015年以来,LIGO-Virgo天文台一直在探测恒星质量黑洞和中子星合并产生的引力波辐射。这些开创性的发现为科学家探索宇宙开辟了新的道路。

从我们假设的黑洞中,发射的任何波的频率都会很低,低到LIGO-Virgo探测器无法检测到。然而,计划中的太空探测器LISA可能会检测到这样的低频波,因此天体物理学家可能会发现银河系中心的超大质量黑洞是主导还是伴随着朋友。

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