單個黑洞在宇宙中已經是滅霸一樣的存在了，誰擋滅誰，而兩個黑洞如果撞到一起會發生什麼？
引力波
當先進的鐳射干涉儀引力波天文臺 （LIGO） 於 2015 年首次探測到引力波時，它們在科學界掀起了漣漪，因為它們證實了愛因斯坦的另一個理論，並標誌著引力波天文學的誕生。五年後，許多引力波源被探測到，包括在引力波和電磁波中首次觀測到兩顆相撞的中子星。
任何兩個大質量天體相互圍繞旋轉時，就會在宇宙中產生引力波。
數值相對論模擬的科學視覺化，描述了與雙黑洞合併 GW170814 一致的兩個黑洞的碰撞。
黑洞合併
天文界也可以發生經典的浪漫故事：兩個黑洞相遇了，彼此之間立即產生了吸引力。它們圍著對方跳起舞來，越轉越近，直到……直到什麼？就像任何愛情故事一樣，一到了這個階段，問題便會應運而生。
愛因斯坦的廣義相對論最先提出了對黑洞的預測。黑洞就像時空中的無底洞，像一口引力之井。任何事物都無法從中逃脫，就連光線也不例外。小型黑洞的質量只有太陽的幾倍，像地雷一樣靜靜埋伏在宇宙的各個角落。而超大質量黑洞則佔據著各個星系的核心位置，如吸塵器一般、將周圍的物體盡數吸入。
這些巨型黑洞的質量高達太陽的數億倍。天文學家認為，它們是由一系列星系合併形成的。在宇宙早期，可能有數十個、甚至數百個星系紛紛聚集到一起，形成了如今的局面。
“根據我們對宇宙結構形成過程的認識，小星系會合併成大星系，大星系又會合併成更大的星系。”美國俄亥俄州奧柏林學院物理學家羅伯特·歐文解釋道。每次合併都要經歷數億年、甚至更久，因此我們無法直接觀察到這一過程。但理論學家可以透過計算機模擬重現整個合併過程。
卡住！
麻煩就出在這裡。物理學家執行模擬時，兩個正在合併的星系中央的黑洞竟然卡住了。黑洞極少會正面相撞。由於它們相遇時的路徑不同，受角動量守恆的影響，它們會旋轉著靠近對方。受彼此的引力吸引，兩個黑洞會越挨越近，直到之間僅剩1秒差距（秒差距：天文學單位，約合3光年），二者卻又像羞澀的戀人一樣，不肯再靠近一步了。
為何會這樣呢？歐文打了個比方：把你的手想象成其中一個黑洞。把手放在一桶水中，讓水旋轉起來，就像正在合併的星系物質一樣。水一開始會阻礙手的運動，迫使手的速度減慢。在太空中，這種引力作用名叫動摩擦，會降低黑洞的角動量，導致其逐漸向另一個黑洞移動。但過了一會兒，水的旋轉方向便會與你的手保持一致了，因此手受到的阻力也會減小。而在模擬的星系合併過程中，恆星和其它天體也會根據兩個黑洞的旋轉方向改變運動路徑。此時動摩擦逐漸減小，兩個黑洞也就在新軌道上穩定了下來，不會再改變位置。
若物理學家對宇宙的形成過程理解無誤，這樣成對的黑洞最終應當會彼此相撞、融為一體才對。但要實現這一點，它們必須先設法減去足夠的能量，才能繼續靠近對方、跨過最後這1秒差距。一旦兩個黑洞靠得非常近之後（僅相隔幾十億公里，約0。001秒差距），根據廣義相對論，剩下的角動量便會隨著不斷加強的引力波逐漸消失，將兩個黑洞推到一起。這一過程可能會經歷幾小時、幾天、甚至幾年不等，具體取決於黑洞質量有多大。
究竟是什麼力量推動了這一“致命擁抱”呢？這便是所謂的“最後的1秒差距問題”。解答該問題不僅是為了滿足我們的好奇心，還可改變我們對宇宙結構形成過程的理解、以及對引力本質的認識。因此在物理學家模擬黑洞執行的同時，天文學家也在觀察夜空，試圖找到黑洞解決“最後的1秒差距問題”的線索——假如它們真能解決的話。
在過去的30年間，天文學家已經發現了數百個含有兩個超大黑洞的星系，且這些黑洞處在不同的合併階段。但即使是“最親密的”一對黑洞，彼此之間也隔了幾千秒差距。“要找到比這還近的黑洞就困難得多了。”加州理工學院計算科學家馬修·格雷厄姆指出。就算是地球上最大的望遠鏡，也達不到這麼高的解析度。
因此格雷厄姆和同事們決定走一條間接路線，利用閃爍的類星體光線進行觀測。脈衝星是巨大、古老的星系極為明亮的核心部分。物質圍繞星系中央的超大質量黑洞旋轉時，會逐漸累積成一個圓盤狀結構。這個圓盤的角動量會將其部分質量轉化為輻射，使星系發出耀眼的光芒。由於氣體和塵埃落入圓盤時並不連貫，類星體的光芒也會隨之變化不定。
但2013年末，科學家卻發現了一個與眾不同的類星體。格雷厄姆和同事們利用“卡塔琳娜實時瞬變調查”10年來收集的資料，找到了一個奇特的訊號來源，竟有著可以預測的變化規律。這個類星體名為PG 1302-102，距地球約35億光年。它似乎會穩定地變亮、再變暗，每隔五年半便重複一次，就好像有人在慢慢操控亮度控制開關一樣。
是什麼造成了這種迴圈呢？格雷厄姆表示：“我們提出了四五種不同的物理解釋。”比如說，另一個超大質量黑洞的執行可能會定期改變該類星體輻射的朝向，或者可能使塵埃盤中旋轉的物質發生扭曲，從而使其亮度發生週期性變化。這些解釋都有一點共同之處：只有當類星體PG 1302-102中央的黑洞的確由兩個黑洞構成時，才可以說得通。
距格雷厄姆和同事們估計，如果類星體PG 1302-102中央的確存在雙黑洞系統，兩者間隔可能只有0。01秒差距。另一項由哥倫比亞大學開展的研究甚至提出了更小的猜測，僅有0。001秒差距，約相當於太陽系的直徑。到了這種程度，兩個黑洞應當已經在“寬衣解帶”（脫掉的其實是引力波），就差沒撲進對方懷中了。只要研究人員讀取的PG 1302-102訊號無誤，那麼無論是哪種情況，都能說明同一個問題：大自然已經解決了“最後的1秒差距問題”。
格雷厄姆和同事們目前已在卡塔琳娜專案資料庫中找到了100多個可能包含雙黑洞系統的類星體，兩個黑洞之間的距離都遠小於1秒差距。若這些猜測得到證實，科學家便可對這場“合併大戲”神秘的最終章來一次“驚鴻一瞥”。
然而，要想弄清相隔很近的兩個黑洞是如何離開穩定軌道、實現最終合併的，也許還需要我們以全新的方式看待宇宙。“我們現在只是借電磁波瞎試探而已。”歐文這樣描述科學家們利用傳統望遠鏡尋找雙黑洞系統的做法。從理論上來說，黑洞合併釋放出的能量應相當於超新星爆發的1億倍，但這些能量全都以引力波、而非光線的形式存在。“我們要學會用‘眼睛’去‘聽’，就好像透過鼓面的振動判斷鼓在發聲、而不是透過鼓聲來判斷一樣。”
透過引力波觀察黑洞合併可以使情況清晰明瞭許多。“從星系中央發出的光線往往會被氣體和塵埃雲吸收、重新發射、或者散射開來，導致我們看到的情景昏暗而扭曲。”加州理工學院與馬克斯·普朗克射電天文學研究所的天體物理學家基婭拉·明加雷利解釋道，“而引力波則不受氣體和塵埃影響，可以徑直穿過。”
然而，探測引力波也絕非易事。引力波天文學尚在起步階段，況且就連LIGO這樣的頂級天文臺敏感度也不夠高，無法探測到天文學家懷疑雙黑洞系統合併時發出的、緩慢振盪的引力波。
因此研究人員決定換一種途徑，利用大自然提供的“望遠鏡”——毫秒脈衝星進行探測。這種天體是恆星爆炸後留下的“遺骸”，密度極高、轉個不停。它們就像海面上的浮標一樣，以原子鐘般的精確度，定期向地球發射一道射電波。當遙遠星系中的兩個黑洞正在跨越最後的1秒差距時，產生引力波可對這些毫秒脈衝星發出的訊號造成干擾。因此透過觀察銀河系中數十個毫秒脈衝星的訊號變化，天文學家便能判斷它們是否受到了引力波的影響。
這些射電波的光譜特徵將提供一系列重要資料，幫助物理學家測試或完善黑洞合併模型。威斯康星大學密爾沃基分校研究生約瑟夫·西蒙指出：“要想了解兩個黑洞在跨越最後1秒差距時究竟發生了什麼，弄清這位終極‘幕後推手’的身份，脈衝星測時陣列是我們唯一可用的工具。”
而就算探測不到引力波，也可作為一條重要線索。西蒙指出，歷經了將近十年的計時，脈衝星測時陣列的敏感度“終於達到了足夠高的水平，就算什麼都沒探測到，也能透露一些重要資訊。”這些測時陣列至今一無所獲，說明理論學家對黑洞跨過最後1秒差距後經歷的猜想可能存在誤區。黑洞的部分能量也許不會以引力波的形式發散出去，而是透過與鄰近恆星和氣體的某種未知相互作用消散掉了。也許黑洞會將接近自己的恆星遠遠甩出，或者黑洞的引力會使周圍的塵埃氣體盤發生扭轉。若物理學家能弄清這種能量消散機制，也許就能解釋黑洞是如何跨過最後這1秒差距的了。
物理學家的精心計算將使他們有機會檢驗愛因斯坦的預言。正如歐文所說：“我們談起廣義相對論時，就好像它已經被徹底驗證了一樣。”但科學家還從未在黑洞合併這樣的極端引力事件中檢驗過該理論。此類事件與牛頓物理法則相去甚遠，我們熟悉的能量、動量和質量等概念也失去了原本的意義。假如黑洞合併發出的引力波的確比廣義相對論預言的弱，也許是時候該做些修改了。
瞭解黑洞“愛情故事”的最終目的還是為了更好地認識地球，弄清我們所處的引力波環境究竟是一片“汪洋大海”，還是一條“涓涓細流”。歐文指出：“這其實是兩種截然不同的‘時空海洋’，一個風平浪靜，一個波濤洶湧。”
梵觀點：問世間大事，分久必合合久必分。
