科學(xué)家們觀察到看起來像是一個(gè)膨脹黑洞與一個(gè)更普通的黑洞糾纏在一起。包括馬里蘭大學(xué)物理學(xué)家在內(nèi)的研究小組探測到兩個(gè)黑洞正在合并，但其中一個(gè)黑洞的質(zhì)量，是在黑洞碰撞中觀察到黑洞的1.5倍。

研究人員認(rèn)為，這兩個(gè)黑洞中較重的一個(gè)黑洞，可能是兩個(gè)黑洞之前合并的結(jié)果。這種類型的黑洞分層組合在過去一直被假設(shè)，但標(biāo)記為GW190521觀察到的事件，將是這種黑洞的第一個(gè)證據(jù)。

激光干涉儀引力波天文臺(tái)(LIGO)科學(xué)合作(LSC)和室女座引力波天文臺(tái)的研究成果，現(xiàn)在在發(fā)表在《物理評(píng)論快報(bào)》和《天體物理學(xué)》期刊上的研究論文中宣布了這一發(fā)現(xiàn)?？茖W(xué)家們通過探測在黑洞合并最后時(shí)刻產(chǎn)生的引力波，來識(shí)別合并的黑洞。LIGO探測器和處女座探測器探測到了來自GW190521的引力波。馬里蘭大學(xué)物理學(xué)教授、LSC首席研究員、LSC觀測科學(xué)協(xié)調(diào)員彼得·肖恩說：這兩個(gè)黑洞中較大黑洞的質(zhì)量，使其進(jìn)入了常規(guī)天體物理過程中意想不到的范圍。

它似乎太大了，不可能是由坍塌的恒星形成，而坍塌的恒星通常就是黑洞的來源。合并對(duì)中較大黑洞的質(zhì)量是太陽的85倍，新研究提出的一種可能情況是：較大天體可能是之前黑洞合并的結(jié)果，而不是一顆坍塌的恒星。根據(jù)目前的理解，可以產(chǎn)生質(zhì)量比太陽大65到135倍黑洞的恒星在死亡時(shí)不會(huì)坍塌。因此，研究預(yù)計(jì)它們不會(huì)形成黑洞。馬里蘭大學(xué)教授、LSC首席研究員亞歷山德拉·布南諾(Alessandra Buonanno)說：

從一開始，這個(gè)只有十分之一秒長的信號(hào)就對(duì)我們確定其來源提出了挑戰(zhàn)。但是，盡管持續(xù)時(shí)間很短，還是能夠像愛因斯坦廣義相對(duì)論預(yù)測的那樣，將信號(hào)與預(yù)期的黑洞合并相匹配，而且意識(shí)到，這是我們第一次目睹了一個(gè)中等質(zhì)量黑洞的誕生，這個(gè)黑洞的母體很可能是從較早的雙星合并中誕生。GW190521是新發(fā)現(xiàn)的三個(gè)引力波之一，這些發(fā)現(xiàn)挑戰(zhàn)了目前對(duì)黑洞的理解，并允許科學(xué)家以新的方式測試愛因斯坦的廣義相對(duì)論。

驗(yàn)證廣義相對(duì)論的新方式

另外兩個(gè)事件包括首次觀察到的兩個(gè)質(zhì)量明顯不等的黑洞的合并，以及黑洞和神秘物體的合并，這可能是迄今為止觀察到的最小黑洞或最大中子星。我們不僅對(duì)一般黑洞有了更多的了解，而且由于這些新的性質(zhì)，能夠看到這些致密天體周圍的引力效應(yīng)，這是我們以前從未見過的，這給了科學(xué)家一個(gè)以新方式測試廣義相對(duì)論的機(jī)會(huì)。例如，廣義相對(duì)論預(yù)測，質(zhì)量明顯不等的雙星系統(tǒng)，將產(chǎn)生高次諧波的引力波，這正是科學(xué)家們首次能夠觀察到的。

高次諧波就像音樂家演奏相同樂器的音樂二重奏與不同樂器之間的聲音差異。雙星的子結(jié)構(gòu)和復(fù)雜性越高（例如黑洞的質(zhì)量或自旋不同）發(fā)射的輻射光譜就越豐富，這些性質(zhì)擴(kuò)展了我們可以學(xué)習(xí)的天體物理學(xué)知識(shí)。

博科園｜研究/來自：馬里蘭大學(xué)

參考期刊《物理評(píng)論快報(bào)》《天體物理學(xué)》

DOI: 10.1103/PhysRevLett.125.101102

DOI: 10.3847/2041-8213/aba493

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