1樓：jim shi
在兩個黑洞相互接近繞轉的過程中，系統的質量四極矩會隨時間變化，因此會不斷向外輻射引力波，而引力波的輻射會把兩個黑洞之間的引力勢能降低，損失系統的軌道能量，使兩黑洞越來越靠近。隨著兩個黑洞的距離變小，它們之間相互繞轉的頻率會變得更高，所輻射的引力波的振幅也越來越大，最後兩個黑洞相互碰撞進而合併在一起。雙黑洞並合分為三個過程：
旋近（Inspiral）、並合(Merger)、衰蕩(Ring-down)。
密近雙星的旋近、合併和衰蕩階段輻射的引力波波形示意圖
第一階段是旋近階段，由於引力輻射帶走能量，密近雙星的旋繞軌道逐漸從橢圓變成圓形。其輻射的引力波頻率也逐漸進入我們在地球上建立的探測器的測量範圍之內。在此階段，由於引力輻射不斷帶走軌道能量，旋繞軌道不斷收縮，引力波幅度增大，頻率也不斷增高。
發射的引力波波形具有「鳥鳴」(chirp)訊號特徵。這個階段的物理影象是清楚的，可以根據動力學公式精確地計算出它輻射的引力波的資訊。
第二階段是合併階段，當雙星的旋繞軌道達到最內穩定圓時，兩個星體將動態地合併在一起，合併過程的引力輻射是劇烈的、爆發性的。合併階段的物理機制我們是不知道的，只能根據自己的知識和經驗，建立物理模型，利用超級計算機進行模擬計算，估計出該階段發射的引力波波形。這時的引力波攜帶大量與星體內部結構和質量有關的資訊，為研究此類天體的內部結構和特性引數提供有用的資料。
第三階段是衰蕩階段。當兩個黑洞合併成高速旋轉的克爾黑洞時，其發射的引力波具有「餘波」特點，幅度逐漸衰減，類似於搖鈴後鈴聲逐漸變小直至消失的情況。它會給出並合體的質量、自旋等資訊。
引力波具有如下特性:
1) 引力輻射的一階項是質量四極矩隨時間變化時產生的。
2) 引力波是橫向無跡的，它有兩個極化方向，探測器得到的訊號是兩種極化訊號的線性組合，組合係數取決於波源的方位。這種極化模式揭示了引力波與電磁波的區別：引力波兩個模式的相位差是 45°而電磁波兩個模式的相位差為90°。
3) 引力波以光速進行傳播。
4) 引力波強度非常弱，引力波的強度用無量綱振幅h(t)表示，h(t)的物理意義是引力波引起的時空畸變與平直時空度規之比。根據理論計算，在天體物理中有可能出現的引力波的無量綱振幅h為 量級或更小。
引力波無量綱振幅h的物理意義
GW150914引力波事件是人類史上第一次直接探測到引力波，由美國的Advanced LIGO H1和L1探測到的。該訊號的頻率範圍為35 Hz 到250 Hz，峰值應變幅度為 ，該事例與廣義相對論預言的兩個相互旋繞的黑洞在旋近、合併及最後生成新的單個黑洞衰蕩時引發的引力波波形相匹配。
Advanced LIGO H1和L1探測到的引力波訊號波形
波源的亮度距離為 Mpc，相應的紅移 。波源中初始黑洞的質量分別為 個太陽質量和 個太陽質量，最後形成的克爾黑洞的質量為 個太陽質量。這個引力波訊號是由雙黑洞坍縮產生的， 即相互旋繞的雙黑洞在軌道旋近、合併最後形成單個黑洞衰蕩時產生的。
實驗表明，在0.2 s內訊號經歷8次迴圈，頻率從35 Hz 增加到150 Hz，幅度也增加到最大值，如圖所示。這種演化看起來最有道理的解釋是，兩個質量體 和 在做軌道旋繞時發射引力波造成的。
在頻率較低時，這種演變以所謂「鳥鳴」質量(chirp mass)來表徵
公式中 和 是觀測到的頻率及其對時間的導數， 是萬有引力常數， 是光速。
引力波強度為
其中 為軌道偏心率, 為軌道週期, 為引力波訊號源距離。考慮100 Mpc外的兩個密近黑洞合併前的瞬間，其質量分別為20 和25 (從而鳥鳴質量為 20 )，軌道週期為10 ms，則
為了達到75 Hz的軌道頻率，兩個質量體必須已經靠得很近，而且必須非常緻密。兩個在這個頻率上做軌道運動的相等的牛頓點質量應該分開大約350 km，一對緻密的中子星沒有要求的那樣大的質量，而具有上面推導出的「鳥鳴」質量數值的中子星—黑洞系統需要有非常大的總質量，而且也由於這個原因，應該在非常低的頻率上合併。這樣，測得的引力波事例就只剩下雙黑洞系統一種可能。
參考文獻
李泳，引力波：時空的漣漪，天球的樂音，物理 45卷 (2016 年) 5 期；
朱宗巨集，王運永，引力波的預言、探測和發現，物理 45卷 (2016 年) 5 期
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