兩個(gè)巨大的黑洞合并并形成一個(gè)更大的黑洞，為天體物理學(xué)家提供了迄今為止探測到的最大引力波尖峰，這是一次時(shí)空震動碰撞產(chǎn)生的波能，相當(dāng)于八個(gè)太陽。國家科學(xué)基金會的激光干涉引力波天文臺 (LIGO) 和 Virgo 探測器于 2019 年 5 月 21 日捕獲了這個(gè)神秘信號，這是一次具有巨大影響的短暫震動。

GW190521，正如信號所標(biāo)記的那樣，只持續(xù)了不到十分之一秒。然而，這低估了它到達(dá)地球的過程，因?yàn)榭茖W(xué)家們認(rèn)為它是由距離我們星球大約 5 千兆秒差距的黑洞合并產(chǎn)生的。

研究人員計(jì)算出，這會發(fā)生在宇宙年齡大約一半的時(shí)候，從而使 GW190521 成為迄今為止探測到的最遙遠(yuǎn)的引力波源之一的結(jié)果。他們認(rèn)為它是由兩個(gè)螺旋在一起的黑洞最終碰撞產(chǎn)生的，它們的質(zhì)量分別是太陽質(zhì)量的 85 倍和 66 倍。由此產(chǎn)生的黑洞有大約 142 個(gè)太陽質(zhì)量。

它還釋放出一股能量，大約相當(dāng)于 8 個(gè)太陽質(zhì)量，以引力波的形式在時(shí)空結(jié)構(gòu)中波動。法國國家科學(xué)研究中心 (CNRS) 研究員、處女座團(tuán)隊(duì)成員納爾遜·克里斯滕森 (Nelson Christensen) 表示，“這是 LIGO 和處女座觀測到的最大信號。”

黑洞的不同尋常之處在于，它們既沒有我們迄今為止所熟悉的那么小，也沒有那么大。到目前為止，我們已經(jīng)知道了恒星質(zhì)量的黑洞和超大質(zhì)量的黑洞。前者是在大質(zhì)量恒星死亡時(shí)產(chǎn)生的，通常小于幾十個(gè)太陽質(zhì)量。后者的質(zhì)量是數(shù)百、數(shù)千甚至數(shù)十億個(gè)太陽質(zhì)量。

然而，這些碰撞的黑洞屬于中等質(zhì)量范圍，這是第一次發(fā)現(xiàn)這樣的例子。它與當(dāng)前關(guān)于黑洞如何產(chǎn)生的理論之一背道而馳，即所謂的“對不穩(wěn)定性質(zhì)量差距”，該理論曾表明坍縮的恒星應(yīng)該無法產(chǎn)生大約 65 到 120 個(gè)太陽質(zhì)量之間的黑洞。

盡管已經(jīng)有一些可能的理論，但研究人員接下來將弄清楚是什么導(dǎo)致了 85 個(gè)太陽質(zhì)量的黑洞。例如，分層合并可能意味著兩個(gè)前身黑洞本身是兩個(gè)更早的、較小的黑洞合并的結(jié)果?；蛘?，它可能是更具開創(chuàng)性的東西，引力波的其他來源可能包括宇宙在大爆炸后經(jīng)歷暴脹后產(chǎn)生的“宇宙弦”的共振。

“自從我們第一次打開 LIGO 以來，我們自信地觀察到的一切都是黑洞或中子星的碰撞，”加州理工學(xué)院物理學(xué)教授、LIGO 團(tuán)隊(duì)成員艾倫·韋恩斯坦 (Alan Weinstein) 解釋說。“這是我們的分析允許該事件不是此類碰撞的可能性的一個(gè)事件。盡管這一事件與來自異常巨大的雙黑洞合并事件一致，并且不贊成其他解釋，但它正在推動我們信心的界限。這可能使它非常令人興奮。因?yàn)槲覀円恢倍枷Ｍ幸恍┬碌?、意想不到的東西，這可能會挑戰(zhàn)我們已經(jīng)學(xué)到的東西。本次活動有可能做到這一點(diǎn)。”

下一個(gè)挑戰(zhàn)是試圖識別更多中間黑洞，這可能表明它們的存在并不像先前存在的理論所允許的那樣罕見。今天發(fā)表的一篇論文包括對這一發(fā)現(xiàn)更廣泛的天體物理學(xué)影響的進(jìn)一步調(diào)查。