當黑洞碰撞時，它們會產生在地球上可以偵測到的重力波。雖然愛因斯坦在1916 年就提出了重力波的理論，但直到2015 年才直接觀測到重力波。現代研究將舊模型與新數據進行對比，揭示重力波確實存在相互作用。這些知識完善了我們的模型，並對廣義相對論解釋黑洞特性的全部範圍提出了挑戰。

當兩個黑洞相撞時，其衝擊力是如此之大，以至於我們在地球上都能探測到。這些天體是如此巨大，以至於它們的碰撞會在時空本身產生漣漪。科學家稱這些漣漪為重力波。雖然愛因斯坦早在1916 年就預言了重力波的概念，但物理學家直到2015 年才在LIGO（雷射干涉重力波天文台）上直接偵測到重力波。現在，在能源部科學辦公室和其他幾個聯邦機構的支持下，科學家們正在努力更好地理解這些重力波，以及它們能告訴我們有關黑洞的資訊。除了威力巨大之外，這些碰撞還具有令人難以置信的複雜物理特性。為了準確，對它們的電腦模擬也必須非常複雜。模擬需要包括碰撞過程中的每一個步驟：黑洞相互螺旋上升、合併、變成一個扭曲的黑洞，然後沉降為一個單一的黑洞。這個過程非常複雜，科學家需要超級電腦來運行模擬。這張照片來自”模擬極端時空”（Simulating eXtreme Spacetimes，簡稱SXS）合作專案利用超級電腦進行的模擬，照片中兩個黑洞即將合併。當黑洞旋轉在一起時，它們會在空間和時間上產生被稱為重力波的漣漪。圖片來源：SXS Lensing/Simulating eXtreme Spacetimes Collaboration

然後，物理學家將這些模擬的數值數據與此過程的模型進行比較。舊版的模型顯示重力波不會相互影響或相互作用。然而，科學家懷疑這並不準確。試想一下，兩個人相鄰站在一個水池裡製造重力波。如果每個人發出的波都非常小，那麼這些波就有可能互不干擾。它們在相互影響之前就會消失。但是，如果兩個人都在製造大波浪，波浪就會相互碰撞，產生新的波浪。科學家知道碰撞會產生強烈的引力波，因此認為它們會相互影響–只是沒有顯示出來而已。來自加州理工學院（Caltech）、哥倫比亞大學、密西西比大學、康乃爾大學和馬克斯-普朗克重力物理研究所的研究小組對這些數值輸出進行了新的、更詳細的分析。分析結果表明，重力波之間存在相互作用。每個波都會導致其他波發生輕微變化。相互作用產生了具有各自獨立頻率的新型波。這些新的波比原來的波更小、更混亂、更不可預測。透過在模型中加入這項特徵，科學家可以更準確地描述數值輸出告訴他們的訊息。LIGO 利文斯頓實驗室。資料來源：LIGO 實驗室在黑洞碰撞模型中加入這些交互作用將使模型更加精確。反過來，這些模型將幫助我們更好地解釋真實世界的觀測結果。模型越精確，對解讀LIGO 的資料就越有用。此外，更好的模型還能幫助科學家弄清楚廣義相對論是否是解釋黑洞實際情況的正確理論。雖然廣義相對論–愛因斯坦提出的著名理論廣泛地解釋了引力如何影響時空，但這一理論在多大程度上適用於黑洞的奇特性質仍有待確定。黑洞碰撞距離地球和我們的日常生活遙遠得難以想像。雖然我們無法親身感受到重力波，但科學家所獲得的數據和建立的模型每天都在擴展我們對這些不可思議現象的認識。