黑洞合併究竟會引發何種神秘現象？

黑洞合併既美麗，又是宇宙中一些最爲劇烈的事件。下面來看看這個過程是如何展開的。

故事始於兩個黑洞在又長又慢的圓圈軌道中彼此遠遠地繞着運行。

它們或許是以一對雙星的形式誕生的，又或許只是在星際空間的深處偶然碰到了。不管怎樣，要合併，它們必須靠近，這意味着失去大量的軌道能量。

從系統中獲取能量的第一步是依靠黑洞與其環境的相互作用。它們並不孤單——總有稀薄的氣體和塵埃細絲在周邊漂浮，有時甚至還存在更大的物體，比如行星或者恆星。所有這些物體都通過引力與黑洞相互作用。有時，它們會掉進去，然後就再也看不見了。其他時候，它們只是勉強錯過，速度能得到一點提升，並且能從黑洞中吸取一些軌道能量。

一旦黑洞足夠接近，另一個過程就會接管。當黑洞相互環繞時，它們會攪動時空，這種攪動會釋放出引力波，其就像池塘裡的漣漪一樣從這對黑洞散發而出。然而，引力波極其微弱，只有當黑洞彼此非常非常接近時，它們纔會開始嚴重消耗能量。

這讓天體物理學家面臨一個難題，叫做“最終秒差距問題”。模擬顯示，與環境的引力相互作用能夠在不短的時間裡讓黑洞彼此之間的距離達到約一個秒差距（約 3.26 光年）。但在那樣的距離內，壓根兒沒有足夠的物質來持續帶走能量。另一方面，在同樣的距離下，引力波太弱了，得是宇宙年齡的好多倍才能把這活兒幹完。

最終秒差距問題當下在天體物理學裡是一個尚未解決的謎團。但不管是啥機制，最終黑洞都會足夠靠近，引力波確實能夠從系統裡帶走大量能量。在這方面，黑洞在合併之前就只剩幾秒鐘了。

在這般近的距離中，黑洞開始相互變形。它們實際上沒有表面；事件視界是看不見的邊界，標識着無法逃離的區域。但事件視界的形狀不僅由黑洞本身決定，還受其周圍時空幾何形狀的影響。因此，當黑洞開啓它們致命的‘舞蹈’時，事件視界就會拉長並相互延展。

我們唯有通過複雜的計算機模擬才能知曉接下來的情況，這些模擬會監測並追蹤事件視界的演變。在碰撞前的毫秒間，每個黑洞都會向其同伴伸出一條細長的卷鬚——其事件視界的一條微小隧道。這些卷鬚相互相遇並融合，在兩個黑洞之間搭成一座橋樑，彷彿它們被一根臍帶相連。

很快，橋迅速變寬，事件視界如同兩個碰撞的肥皂泡般粘連在一起。瞬間，黑洞就合併成了一個。

內部發生的情況無人知曉。黑洞的中心被稱爲奇點，是一個密度無限大的點。這便是我們當下對物理學的理解陷入困境之處。模擬表明，奇點很快便能相互找到，短暫地沿軌道運轉，而後合併——但實際發生的情況尚不清楚。

奇怪的是，新合併的黑洞質量小於原本兩個黑洞質量之和。例如，在 2016 年，LIGO 科學合作組織探測到了首個來自合併黑洞的引力波事件，發現一個 36 倍太陽質量的黑洞與一個 30 倍太陽質量的黑洞合併，形成了一個僅重 63 倍太陽質量的新黑洞。

那額外的 3 個太陽質量到哪裡去了？這些質量以引力波的形式轉化爲了能量。總得有東西爲所有的能量損失負責，而這來自於黑洞自身質量的轉化。在每一次黑洞合併中，大約 5%會轉化爲引力波。

就某種角度而言，這就像是把整整三個太陽轉化爲純粹的能量。當黑洞碰撞時，它們釋放的能量比宇宙中每一顆恆星所釋放的都要多——而這一切都在全然的寂靜和黑暗中發生。