黑洞合并究竟会引发何种神秘现象？

黑洞合并既美丽，又是宇宙中一些最为剧烈的事件。下面来看看这个过程是如何展开的。

故事始于两个黑洞在又长又慢的圆圈轨道中彼此远远地绕着运行。

它们或许是以一对双星的形式诞生的，又或许只是在星际空间的深处偶然碰到了。不管怎样，要合并，它们必须靠近，这意味着失去大量的轨道能量。

从系统中获取能量的第一步是依靠黑洞与其环境的相互作用。它们并不孤单——总有稀薄的气体和尘埃细丝在周边漂浮，有时甚至还存在更大的物体，比如行星或者恒星。所有这些物体都通过引力与黑洞相互作用。有时，它们会掉进去，然后就再也看不见了。其他时候，它们只是勉强错过，速度能得到一点提升，并且能从黑洞中吸取一些轨道能量。

一旦黑洞足够接近，另一个过程就会接管。当黑洞相互环绕时，它们会搅动时空，这种搅动会释放出引力波，其就像池塘里的涟漪一样从这对黑洞散发而出。然而，引力波极其微弱，只有当黑洞彼此非常非常接近时，它们才会开始严重消耗能量。

这让天体物理学家面临一个难题，叫做“最终秒差距问题”。模拟显示，与环境的引力相互作用能够在不短的时间里让黑洞彼此之间的距离达到约一个秒差距（约 3.26 光年）。但在那样的距离内，压根儿没有足够的物质来持续带走能量。另一方面，在同样的距离下，引力波太弱了，得是宇宙年龄的好多倍才能把这活儿干完。

最终秒差距问题当下在天体物理学里是一个尚未解决的谜团。但不管是啥机制，最终黑洞都会足够靠近，引力波确实能够从系统里带走大量能量。在这方面，黑洞在合并之前就只剩几秒钟了。

在这般近的距离中，黑洞开始相互变形。它们实际上没有表面；事件视界是看不见的边界，标识着无法逃离的区域。但事件视界的形状不仅由黑洞本身决定，还受其周围时空几何形状的影响。因此，当黑洞开启它们致命的‘舞蹈’时，事件视界就会拉长并相互延展。

我们唯有通过复杂的计算机模拟才能知晓接下来的情况，这些模拟会监测并追踪事件视界的演变。在碰撞前的毫秒间，每个黑洞都会向其同伴伸出一条细长的卷须——其事件视界的一条微小隧道。这些卷须相互相遇并融合，在两个黑洞之间搭成一座桥梁，仿佛它们被一根脐带相连。

很快，桥迅速变宽，事件视界如同两个碰撞的肥皂泡般粘连在一起。瞬间，黑洞就合并成了一个。

内部发生的情况无人知晓。黑洞的中心被称为奇点，是一个密度无限大的点。这便是我们当下对物理学的理解陷入困境之处。模拟表明，奇点很快便能相互找到，短暂地沿轨道运转，而后合并——但实际发生的情况尚不清楚。

奇怪的是，新合并的黑洞质量小于原本两个黑洞质量之和。例如，在 2016 年，LIGO 科学合作组织探测到了首个来自合并黑洞的引力波事件，发现一个 36 倍太阳质量的黑洞与一个 30 倍太阳质量的黑洞合并，形成了一个仅重 63 倍太阳质量的新黑洞。

那额外的 3 个太阳质量到哪里去了？这些质量以引力波的形式转化为了能量。总得有东西为所有的能量损失负责，而这来自于黑洞自身质量的转化。在每一次黑洞合并中，大约 5%会转化为引力波。

就某种角度而言，这就像是把整整三个太阳转化为纯粹的能量。当黑洞碰撞时，它们释放的能量比宇宙中每一颗恒星所释放的都要多——而这一切都在全然的寂静和黑暗中发生。