发现不该存在的天体，瞬间释放8倍太阳质量能量，将改写已知理论

宇宙每时每刻都充满着惊喜，就看你能不能发现。这些惊喜不仅可以让我们更加充分的认识我们的宇宙，还能检验我们的理论。

因为我们现在关于宇宙事物的一些理论其实还处在经验理论当中，并没有得到观测和实验的证实。

例如恒星演化的过程，很多的具体细节都还处在猜测、拟合阶段。这就是我们整天观察宇宙的一个原因，利用观测到的现象去证实、完善已知的经验理论。

9月2日在《物理学评论》上就发表了一个重大的观测成果，经过多年的搜索，引力波这个这个神龙见首不见尾的东西又被人们捕捉到了。

在2019年5月21日科学家利用LIGO探测器发现了有记录以来最大的一次信号。

该信号持续了仅有13毫秒，这次的信号来源于170亿光年外两颗中等质量黑洞合并所发出的，由于距离我们非常遥远，其实它们合并的时间已过去了100亿年。

这里有个小小的疑问，他们不应该处在100亿光年处么？这是光走路的路程，但你不要忘了宇宙在膨胀。光在走了时后，这两颗黑洞一直在后退。

两颗合并的黑洞生前是两颗大质量恒星构成的双星系统，经历超新星爆发死亡以后诞生出来了两个质量分别为85倍和66倍太阳质量的黑洞。

它们在空间中经过了漫长双人舞，由于引力辐射的作用，轨道衰减，最终相撞合并在了一起，形成了一个质量为142倍太阳质量的黑洞。

我没有算错。大约有8倍的太阳质量在两颗黑洞合并的时候，转成了纯能量以引力波的形成在三维空间中扩散开来。

这次的引力波信号非常强不仅被LIGO探测到（臂长4公里），还有欧洲的Virgo探测器、意大利的室女座引力波探测器（臂长3公里），都检测到了信号。

探测引力波的原理其实非常简单，跟历史上1887年为了测量以太所使用的干涉仪其实大致一样。

区别就在于一个是想通过地球在以太中的运动改变一个方向上的光速来观察两条垂直光返回时干涉状态的改变；

而引力波所使用的探测器想通过引力波扫过仪器时改变光走过的路程，也就是改变干涉仪的臂长，来观测光在返回时干涉状态有没有发生改变。

上图就是引力波探测器的原理，引力波是空间的涟漪，它经过空间时，空间的长短就会发生波动。当引力波经过干涉仪的时候，两个互相垂直的臂长就会发生交替的扩张和收缩。

这就会改变光传播的路程，当两条光返回相互干涉的时候，就会出现可识别的干涉特征。原理听起来简单，但是想造这样的仪器却非常困难。

因为引力波非常微弱，臂长本身也就只有几公里，因此变化十分微小，小到就像是黑洞合并这样的大事件产生的引力波根本不会被我们察觉。

其实引力波经过地球的时候，不仅是干涉仪的臂长会变化，我们的身高、胖瘦也会变化，但这些都是肉眼无法发现的。

利用干涉仪我们现在可以检测到臂长10^-19米的微小变化。但也不是所有的引力波都能检测到，只有像黑洞、中子星这样的极端事件才能被我们检测到。

其实探测到引力波这件事本身并不新鲜，毕竟引力波我们以前都检测到了，但是这次的发现创造了很多的历史之最，而且有一个令所有物理学家都挠头的事。

先说历史之最：

是已知宇宙中单次事件释放能量最大的；

是黑洞合并距离我们最远的；

是合并后形成黑洞质量最大的；

是合并前两颗质量最大的恒星级黑洞。

令科学家挠头的正是最后恒星级黑洞的质量，尤其是其中85倍太阳质量的恒星黑洞，按照以往的理论，这个质量的黑洞是不应该存在的。

天体物理学就是专门研究恒星演化过程的，根据这个理论我们知道要想诞生黑洞，恒星的质量必须在10个太阳以上。

恒星质量越大，最后剩下的那个黑洞就越大。但是这个规律只在一定程度上起作用。一般情况下恒星死后留下的黑洞质量从几个太阳到几十个太阳不等。

这对应的恒星质量从10倍太阳质量到130倍的太阳质量。130倍太阳质量的恒星死亡后所能形成的黑洞质量极限为65倍太阳质量的黑洞。

高于130倍太阳质量低于250倍太阳质量的恒星死亡的时候是不会留下任何东西的，这就是我们理论上认为的不稳定对超新星。

因为这些恒星在主序星的时候，核心温度在某一天就会超过3亿K，这个温度足以往光子所携带的能量非常大，大到超过了两个正负电子所携带的静止能量，整个恒星内部变成了一个对撞机。

因此这些光在在互相碰撞的时候会产生正负电子对，而正负电子对虽然会很快的湮灭又释放出光子，但就是这个多余的过程，导致了恒星内部辐射压力变得不稳定。

这时引力就会占据上风，导致恒星急剧的收缩，恒星内部温度升高，最后引发了失控的核聚变，就像一颗巨大的氢弹一样，整个恒星就被炸的稀碎。

所以说理论上这个质量之间的恒星是不会形成黑洞的，但是只要恒星的质量超过的250倍，巨大的引力会坍缩的非常快，还是可以让恒星核心形成黑洞的。

但这个黑洞最低的质量也在120个太阳质量。因此理论上宇宙中不应该存在65倍-120倍之间的恒星黑洞。

以前我们通过引力波发现的黑洞合并事件，所有的黑洞质量都低于65倍的太阳质量，和理论吻合的非常好，但就是这一次两个黑洞都超过了这个极限值。

66倍的黑洞还好说，我们可以认为是测量存在误差，但是最主要的就是85倍的太阳质量黑洞铁定了跟理论不相符了。

这就是所有物理学家挠头的地方，这颗恒星级黑洞的存在，说明了我们对大质量恒星内部的演化理解可能是错误的。

上文中所说的对不稳定机制可能并不会发生，也许130倍以上质量的恒星内部温度不会超过3亿K，或许是中微子大量的产生逃逸可以为恒星降温，或者是恒星中重金属的比例改变了不稳定对发生的机制。

相信你也已经想到了一个解释，也许这个系统之前是三颗恒星，85倍太阳质量的黑洞是之前两颗小黑洞合并起来的，这不就解释了。

但是这里有个难题，如果有两颗黑洞在更早的时候真的发生过合并，那么你就无法解释这样的能量爆发事件为何没有把另外一个成员驱逐出去？

所以这个问题要么就是理论错了，要么就是发生了我们还未知的现象，例如85倍太阳质量的黑洞吸积了物质，成长成了这么大。

所有的情况都是有可能的。

不过这次的发现再一次为我们提出了一个问题，恒星演化的过程到底是怎样的？恒星级黑洞的质量有没有限制？关于这些问题的理论是否正确？

这些问题会随着进一步的观测慢慢得到解答。