当一颗恒星演化变成黑洞时,它的质量会发生怎样的变化呢?当黑洞形成时,构成恒星的物质和原子在黑洞的中心坍缩消失。虽然恒星物质消失,但是其质量在某种意义上同能量对等,即质量已经转换成能量进入黑洞的扭曲时空。
XTE J1550 – 564双星系统中一个质量为太阳质量十倍的黑洞
两个黑洞之间的碰撞是宇宙中非常神秘的事件。基普·索恩认为这个事件是会发生的,在我们的银河系中大约10万年就会发生一次黑洞相撞事件。我们不确定这一数字是否真实可靠,也可能是每一万年或者每隔1000万年才发生一次,从我们可以观测到的整个宇宙空间看,两个黑洞之间的碰撞事件更像每一分钟或者一秒钟发生一次。
当两个黑洞相撞时,时空会发生怎样的变化?每个黑洞像地球自转一样围绕着它的自转轴旋转。这样的旋转形成了两个扭曲时空漩涡,有点像浴缸放水时形成的漩涡一样。其中一个漩涡在黑洞的北极显露,另一个漩涡则在南极。这只是黑洞扭曲时空的一个方面。当两个黑洞相互绕行、碰撞和合并时,这些漩涡就开始清扫周围和合并的黑洞附近。也因此它们得以沉积在表面上,也就是我们所说的合并黑洞的事件视界上。
4C60.07碰撞星系中黑洞融合的艺术照
所以我们现在可以看到四个漩涡在黑洞的事件视界上出现。当这些黑洞旋转时,这些漩涡就像星系的旋臂,旋转喷头喷出的水一样扫回。它们向外、向后跳跃着,构成了引力波。那么有没有不存在黑洞的可能性呢?现在为止,我们有非常广泛的黑洞观测数据。在星系中央的主要暗物质被作为一种美丽的观测景象,我们可以看到,众多恒星如彗星一般沿着轨道绕着中心物质旋转。他们摆动着接近该对象,然后被抛回。
我们可以知道这个物质的重量,它的质量范围似乎可达到太阳质量的400万倍。它不产生任何的可见光波段的信息,但随着时间推移,它会不定期地发射无线电波。这个应该就是我们所想的黑洞行为模式。在数十年前也有人疑虑过这个问题,现在在天文学家们的心目中却是毫无疑问的。的确,射电观测的巡天数据库日益庞大,技术手段越加先进,是非常令人印象深刻的。
M 81星系中存在一个正在吞噬周围宇宙物质的巨型黑洞
当人们谈论的黑洞时,通常探讨黑洞中的神秘奇点问题。那里真的是一个具有无穷大的密度且容积为零的地方吗?基普·索恩认为这是一种形容的方法,但是奇点就如同黑洞本身,我们认为其结构以及物流属性是相当复杂的。当我们接近宇宙的奇点时,我们会发生强大的引力会以一种混乱的方式不断地拉伸、挤压你,最终将你拉扯成“意大利面条”并变成粒子的形式。而当你到达奇点时,我们所知的经典物理定律会被打破,完全变得无效了,而这时量子引力定律取而代之。在我们没弄清这些物理定律之前,就不能妄言奇点中心的本质。