觀測儀觀測過程中發(fā)現(xiàn)越來越多的雙星合并現(xiàn)象

關(guān)于黑洞合并的最新研究表明雙黑洞系統(tǒng)中的黑洞通常都有著相似的質(zhì)量——這表明雙黑洞系統(tǒng)很可能是由“大質(zhì)量恒星對”演化而成。

隨著激光干涉引力波天文臺（LIGO）（譯者按：位于美國路易斯安那州的列文斯頓和華盛頓州的漢福德，由兩個引力波探測器組合而成）和室女座干涉儀（譯者按：位于意大利比薩附近，是大型引力波探測儀）的運行，越來越多的黑洞合并現(xiàn)象被發(fā)現(xiàn)。人們開始產(chǎn)生疑問：這些發(fā)生合并的黑洞有何共同之處？又或是它們的合并純屬偶然？

上圖為黑洞合并的模擬圖像（正視），LIGO表示他們在最初的兩次觀測中探測到了十次雙黑洞合并現(xiàn)象。

圖源：“SXS透鏡” (SXS Lensing)

雙黑洞系統(tǒng)及其起源

雙黑洞系統(tǒng)（BBHs）的成因尚無定論，而系統(tǒng)中黑洞質(zhì)量往往高于預(yù)期的現(xiàn)象又這使雙黑洞系統(tǒng)成因的溯源變得更加復(fù)雜。一些天文學家認為雙黑洞系統(tǒng)是大質(zhì)量雙恒星系統(tǒng)的產(chǎn)物，而另一些人則提出了稠密恒星群中黑洞彼此相遇并配對的假說。還有一種可能是由于雙黑洞系統(tǒng)中的黑洞形成于初期宇宙——因而跳過了恒星形態(tài)并最終形成了雙黑洞系統(tǒng)。

上圖為藝術(shù)家對于兩個黑洞合并過程的描繪

圖源：T·派歐（T Pyle）（來自LIGO）

研究雙黑洞合并是探索雙黑洞組成的一種很好的方式。黑洞合并過程中產(chǎn)生的引力波包含了關(guān)于兩個黑洞組成的參數(shù)（例如質(zhì)量）。激光干涉引力波天文臺與室女座干涉儀在最初的兩次觀測中探測到了10次雙黑洞合并現(xiàn)象，發(fā)生合并的黑洞質(zhì)量從18到84個太陽質(zhì)量不等。

在一項新的研究中瑪雅·菲什巴赫（Maya Fishbach）與芝加哥大學的丹尼爾·霍爾茲（Daniel Holz）共同探索了系統(tǒng)中兩個黑洞質(zhì)量對于其配對機制的影響。他們發(fā)現(xiàn)一些有趣的事情——雙黑洞系統(tǒng)中黑洞的共同點可能遠超人們預(yù)期！

可能的配對機制

費許巴克（Fishbach）和霍爾茨（Holz）試圖通過黑洞質(zhì)量分布差異來理解雙黑洞配對機制，并將其分為三種情況：

1. 雙黑洞系統(tǒng)中的質(zhì)量分布只受系統(tǒng)中最大和最小質(zhì)量黑洞的影響。

2. 雙黑洞系統(tǒng)中黑洞質(zhì)量的分布取決于最大與最小質(zhì)量黑洞以及系統(tǒng)中兩黑洞的質(zhì)量比。

3. 雙黑洞系統(tǒng)中黑洞質(zhì)量的分布取決于最大質(zhì)量與最小質(zhì)量黑洞的分布、兩個黑洞間的質(zhì)量比以及雙黑洞系統(tǒng)的總質(zhì)量。

上圖藍色標記為激光干涉引力波天文臺（LIGO）在前兩次觀測中探測到的雙黑洞系統(tǒng)估計質(zhì)量（不考慮不確定性）。如果將不確定性考慮其中，激光干涉引力波天文臺（LIGO）所觀測到的10個雙黑洞系統(tǒng)都具有相同的組分質(zhì)量。

圖源：LIGO-Virgo/弗蘭克·伊拉夫斯凱（Frank Elavsky）/西北大學（Northwestern U.）

費許巴克（Fishbach）和霍爾茨（Holz）在對10個雙黑洞合并過程的觀測數(shù)據(jù)進行上述三種假設(shè)的建模后有了兩個重大發(fā)現(xiàn)：1. 隨機配對幾乎是不可能的。2.雙黑洞系統(tǒng)中黑洞質(zhì)量相似的可能性是其他情況的五倍。

那些最終形成相似質(zhì)量雙黑洞系統(tǒng)的模型通常由大質(zhì)量雙恒星模型演化而成。當然這也并不意味著可以將其他的雙黑洞系統(tǒng)形成機制排除在外，費許巴克（Fishbach）和霍爾茨（Holz）的研究表明：未來的模型可能需要將雙黑洞系統(tǒng)中兩個黑洞的質(zhì)量比考慮在內(nèi)。

當然，這項研究僅僅基于十次雙黑洞合并現(xiàn)象的數(shù)據(jù)，隨著激光干涉引力波天文臺與室女座干涉儀更多觀測的進行，天文學家將很快能夠獲取更多的觀測數(shù)據(jù)并解開雙黑洞系統(tǒng)如何形成的謎團。

BY: AAS NOVA

FY: Milo_Guo

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