迄今最强黑洞合并事件被发现

黑洞碰撞概念图。(图片来源:Science Photo Library)


  天文学家自己都没想到,引力波探测到了迄今为人所知的、最大规模的黑洞合并事件。这次合并强大、遥远,且令人困惑。9月2日,《物理评论快报》和《天体物理学期刊快报》分别上线文章,介绍了这项发现。


  此次黑洞合并最早发现于2019年5月21日,合并产生的引力波被美国激光干涉引力波天文台(LIGO)和意大利处女座干涉仪(Virgo)探测到,合并事件被命名为GW190521。

  两个探测器感应到了黑洞合并产生的最后四个波纹,波纹频率在一百毫秒内从30赫兹升至80赫兹。根据探测到的引力波,天文学家可以估算黑洞质量。此次合并事件中,两个黑洞的质量分别是太阳的85倍和66倍,合并后形成的新黑洞质量接近150个太阳。

  按现有理论,如此质量级别的黑洞不太可能发生合并。一颗大恒星的坍缩会导致黑洞的形成,而由恒星坍缩形成的黑洞,其太阳质量不会在65-120之间。因为恒星即将寿终正寝时,炽热的核心会触发氧核爆炸聚变,导致整个星球被撕裂。此外,大型黑洞的合并往往更早发生,不会被探测器发现。

  为了解释这一探测结果,研究人员推测,大爆炸发生后不久,原始黑洞会自发演变出一批黑洞,这些黑洞规模大小不一。而黑洞之所以足够大,是因为它们早期已经发生过合并事件。

  按理说,第一次黑洞合并发生后,新的黑洞会被先前产生的引力波踢出原本所在的星团。新黑洞停留在可能发生二次合并区域的情况非常罕见。不过,天文学家推测,如果黑洞都处在拥挤的银河系中心,合并事件发生的概率更大,因为那里有足够大的重力,可防止反冲物体射出。

  此次合并事件发生的具体星系尚未确定。但合并发生大约一个月后,研究人员在大致相同的区域追踪到一次类星体的耀斑,这可能是合并事件引起的。

  这是两台引力波探测器今年第二次探测到非常规的黑洞合并事件。6月,科学家利用探测器发现了了一个太阳质量为2.6的黑洞。通常这一量级的天体不会被认为是黑洞,因为太轻了,但将之定义为中子星的话,量级又太大。

  相关论文信息:https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.125.101102

  https://doi.org/10.3847/2041-8213/aba493




作者:袁柳

来源:中国科学报

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