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破纪录的引力波揭示了中型黑洞的存在

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最大的。最远的。最精力充沛。一项对两个黑洞碰撞产生的引力波的新探测获得了多项顶级成果。

更重要的是,它还标志着第一次明确发现了中等质量的黑洞,一个质量在太阳质量的100到100000倍之间的黑洞。这个中等大小的黑洞是在两个原始黑洞合并形成一个更大的黑洞时形成的,其质量约为142个太阳。它的质量远远超过了之前通过引力波探测到的所有黑洞。引力波是极端事件后使时空发生褶皱的涟漪。

约翰霍普金斯大学的物理学家Emanuele Berti没有参与这项研究,他说:“这是我们等待了最久的大家伙。”这只庞然大物的两个祖先中有一个本身就非常庞大,以至于科学家们正在思考如何解释它的存在。

该引力波于2019年5月21日被探测到,其源头距离地球约170亿光年,这是迄今为止被证实的最远的探测。由于宇宙的膨胀,这个距离相当于70亿年的旅行时间,这意味着引力波是在宇宙大约只有目前年龄一半的时候发射的。位于纳什维尔的范德比尔特大学的天体物理学家、LIGO科学合作组织的成员卡兰·贾尼说,这也是迄今为止所见的最具能量的事件,辐射的能量相当于太阳质量的8倍。“我希望它有资格被载入史册。”

这个新事件推翻了之前的记录保持者,即发生在90亿光年之外的一次碰撞,它放射出了相当于5个太阳质量的能量,并创造了一个相当于80个太阳质量的黑洞(SN: 12/4/18)。

美国LIGO和意大利高级室女座的研究人员在9月2日发表在《物理评论快报》和《天体物理学杂志快报》上的两篇论文中报道了这一新发现。

虽然科学家们知道有质量相当于几百亿太阳的黑洞,也知道有质量相当于数百万或数十亿太阳的黑洞,但中间的黑洞仍然难以捉摸。先前声称的关于中等质量黑洞的目击报告受到了质疑(SN:1/22/16)。

但是,对于这个新事件,“毫无疑问,沐鸣平台登陆线路”马里兰大学帕克分校的天体物理学家科尔·米勒(Cole Miller)说,他没有参与这项研究。“这表明现在宇宙中至少有一个中等质量的黑洞。”

黑洞的两个始祖本身比以往任何一次碰撞都要重——分别是太阳质量的85倍和66倍。这让科学家们困惑于这次撞击是如何发生的。

把它踢得更高

2019年5月21日,LIGO和室女座引力波天文台探测到两个正在合并的黑洞。这两个黑洞结合在一起形成了一个新的黑洞,沐鸣平台登陆线路这个黑洞比以前合并时发现的要大得多。这里,彩色的圆圈表示黑洞的相对大小,蓝色的圆圈表示更大的黑洞。

正常情况下,物理学家认为这些合并中的黑洞都是在垂死恒星的坍缩中形成的。但在这次的新事件中,这两个星系中较大的一个太大了,所以它不可能是这样形成的。已知的恒星核心内部发生的过程意味着,质量足以形成如此巨大黑洞的恒星会彻底爆炸,而不是留下一具尸体。

相反,它可能是在一个拥挤的恒星和黑洞的星团中,一个或两个由早期黑洞合并形成的碰撞黑洞(SN: 1/30/17)。这就构成了一个由黑洞组成的系谱图,这些黑洞足够轻,可以由坍缩的恒星形成。

但多重合并的解释存在一个问题。每次黑洞合并时,沐鸣平台登陆线路这种合并都会加速它们的速度,这通常会将产生的黑洞发射出星团,阻止进一步的合并。

然而,考虑到LIGO和室女座只发现了一次,像这次新事件那样大规模的合并似乎是非常罕见的。这意味着,米勒说,“我的天哪,你可以召唤牙仙子”,一个相对不太可能的过程。也许,他说,踢脚有时足够小,黑洞可以留在他们的星团内并再次合并。

5月21日发生的引力波事件之前曾被公开报道为未被证实的候选者,天文学家们可以借此寻找天空中可能由碰撞引起的闪光。一些研究人员认为,这种波可能与来自遥远星系中心的耀斑有关(SN: 6/25/20)。但是,这个星系比新论文中所确定的距离要近得多,它距离地球的距离是80亿光年,而不是170亿光年,这使得这个解释不那么可信。

Miller说,LIGO和室女座观测天空的时间越长,就会有越多的不寻常事件出现。“我们将会看到一系列‘天哪,没想到’之类的事件,这些事件让人兴奋,也提供了大量关于宇宙的信息。”