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黑洞合并前必然处于运动的状态，否则它们无法越来越近。当它们的距离近到一定程度，引力和角动量会使它们互相绕着彼此运行，于是就会产生引力波，而引力波则会持续带走这个双黑洞系统的轨道能量 。随着时间的流逝，轨道能量持续被引力波带走，两个天体就会越靠越近。当它们靠得越近时，围绕彼此运行的速度就会越快，而随着越来越大的加速度，辐射出的引力波就会更强，于是就会带走更多的轨道能量。两个黑洞注定会越来越近，越来越快，最终不可避免的是碰撞，在碰撞时会产生强大的引力波，这种强大的引力波就会带走两个黑洞的一部分巨大能量，能量是由质量转化而来的，因此两个黑洞合并后，它们必然会损失质量。由爱因斯坦的广义相对论指出并被科学观测所证实，引力会引起时空弯曲，时空的弯曲结构取决于物质的能量密度、动量密度在时空中的分布，而时空的弯曲结构又反过来决定物体的运动轨道。引力波则是时空弯曲中的涟漪，通过波的形式从辐射源向外传播，这种波以引力辐射的形式传输能量。1916年，爱因斯坦在他的广义相对论中预言了引力波的存在。爱因斯坦的数学表明，大质量的加速运动的物体 将会破坏时空的结构，使得扭曲的空间的波浪从源头向外辐射。
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