科學(xué)家觀察到似乎是黑洞與更普通的黑洞糾纏在一起。包括來自馬里蘭大學(xué)的物理學(xué)家在內(nèi)的研究小組檢測到兩個黑洞正在合并，但是其中一個黑洞的質(zhì)量是黑洞碰撞中觀測到的質(zhì)量的1.5倍。研究人員認為，黑洞中較重的黑洞可能是兩個黑洞先前合并的結(jié)果。過去曾假設(shè)這種類型的黑洞分層組合，但觀察到的標(biāo)記為GW190521的事件將是第一個證據(jù)。這樣的活動。激光干涉儀重力波天文臺(LIGO)科學(xué)協(xié)作(LSC)和處女座協(xié)作在2020年9月2日發(fā)表的兩篇論文中宣布了這一發(fā)現(xiàn)體檢信和天體期刊信。

科學(xué)家通過檢測在合并的最后時刻產(chǎn)生的引力波(時空結(jié)構(gòu)中的波紋)來識別正在合并的黑洞。GW190521的引力波于2019年5月21日被位于路易斯安那州利文斯頓和華盛頓州漢福德的兩個LIGO探測器以及位于意大利比薩附近的處女座探測器探測到。

LSC首席研究員兼LSC觀測科學(xué)協(xié)調(diào)員UMD的物理學(xué)教授Peter Shawhan說：“這對中較大的黑洞的質(zhì)量使其處于常規(guī)天體物理學(xué)過程無法預(yù)料的范圍內(nèi)。” “看起來太龐大了，無法由一顆坍塌的恒星形成，而這正是黑洞通常來自的地方。”

合并對中較大的黑洞的質(zhì)量是太陽的85倍。新論文提出的一種可能的情況是，較大的物體可能是先前黑洞合并的結(jié)果，而不是單個坍縮的恒星。根據(jù)目前的理解，可以生出質(zhì)量比太陽大65到135倍的黑洞的恒星在死亡時不會塌陷。因此，我們不希望它們形成黑洞。

UMD大學(xué)公園教授，LSC首席研究員亞歷山德拉·布南諾(Alessandra Buonanno)表示：“從一開始，這個信號就只有十分之一秒的長短，這對我們提出了挑戰(zhàn)。”德國波茨坦的馬克斯·普朗克引力物理研究所。“但是，盡管持續(xù)時間很短，但正如愛因斯坦的廣義相對論所預(yù)言的那樣，我們?nèi)匀荒軌驅(qū)⑿盘柵c黑洞合并的預(yù)期相匹配，我們意識到我們第一次目睹了中間產(chǎn)物的誕生。來自黑洞父母的大量黑洞，這很可能是早先的二元合并所產(chǎn)生的。”

GW190521是最近三個引力波發(fā)現(xiàn)之一，這些發(fā)現(xiàn)挑戰(zhàn)了當(dāng)前對黑洞的理解，并使科學(xué)家能夠以新的方式測試愛因斯坦的廣義相對論。其他兩個事件包括首次觀察到兩個質(zhì)量明顯不相等的黑洞的合并，以及黑洞與神秘物體的合并，這可能是有史以來觀察到的最小的黑洞或最大的中子星。一篇描述后者的研究論文已于2000年6月23日發(fā)表在《天體物理學(xué)期刊快報》上，而有關(guān)前者事件的論文將很快發(fā)表在《物理評論D》上。

“這三個事件都是具有前所未有的質(zhì)量或質(zhì)量比的新穎事物，” Shawhan說。他也是UMD和NASA戈達德太空飛行中心之間的合作伙伴，聯(lián)合太空科學(xué)研究院的研究員。“因此，我們不僅從總體上學(xué)習(xí)了有關(guān)黑洞的知識，而且由于這些新特性，我們能夠看到圍繞這些致密物體的重力效應(yīng)，這是我們之前從未見過的。這為我們提供了檢驗理論的機會廣義相對論以新的方式。”

例如，廣義相對論預(yù)測質(zhì)量明顯不相等的二元系統(tǒng)將產(chǎn)生具有更高諧波的引力波，這正是科學(xué)家第一次能夠觀察到。

Buonanno說：“當(dāng)我們說高次諧波時，我們的意思就像是音樂家演奏相同樂器的二重奏與不同樂器之間的聲音差異。”她開發(fā)了波形模型以觀察LSC小組的諧波。“二進制文件的子結(jié)構(gòu)和復(fù)雜性越多(例如黑洞的質(zhì)量或自旋不同)，發(fā)出的輻射光譜就越豐富。”

除了這三個黑洞合并和先前報道的雙星中子星合并之外，從2019年4月到2020年3月的觀測運行還確定了52個其他潛在的引力波事件。這些事件被發(fā)布到由LIGO和處女座合作成員開發(fā)的公共警報系統(tǒng)中，該系統(tǒng)最初是由Shawhan率先發(fā)起的，以便其他科學(xué)家和感興趣的公眾可以評估重力波信號。

Shawhan說：“引力波事件被定期檢測到，并且其中一些已被證明具有非凡的性質(zhì)，正在擴展我們對天體物理學(xué)的了解。”