引力波帮助首次发现“中等质量”黑洞

两个特殊质量的黑洞并合形成一个中等质量黑洞,发出引力波(示意图)。图片来源:LIGO官网

  据美国激光干涉引力波天文台(LIGO)网站2日报道,该天文台与位于意大利的“室女座”(Virgo)引力波天文台携手,探测到了一个142倍太阳质量的黑洞,这是科学家首次探测到此类“中等质量”黑洞,也是目前借助引力波探测到的质量最大的黑洞。

  这个黑洞由两个分别约85倍和65倍太阳质量的黑洞并和而成,并和释放出的8倍太阳质量的能量以引力波的形式弥漫于宇宙中,被两大探测器携手“逮个正着”。相关研究发表在最新一期的《物理评论快报》和《天体物理学期刊快报》上。

  研究人员在2019年5月21日探测到引力波信号GW190521,该信号持续时间不到0.1秒。他们表示,GW190521信号距离地球约5吉秒差距(gigaparsecs),当时宇宙的年龄约为现在的一半,这也使其成为迄今探测到的最遥远的引力波源之一。

  研究团队根据先进的计算和建模工具,推出GW190521最有可能是拥有特殊性质的双黑洞并和产生的信号。迄今为止,几乎所有被“验明正身”的引力波信号均来自于双星并和,包括双黑洞并和以及双中子星并和等。

  研究人员指出,最新发现也提出了一系列问题。他们解释说,迄今所观测到的黑洞大致分两类:恒星质量黑洞和超大质量黑洞,前者质量为太阳质量的数倍到数十倍不等,被认为是大质量恒星死亡后形成的;后者质量约为太阳的数十万倍到数十亿倍。而GW190521事件产生的142倍太阳质量黑洞,位于恒星质量和超大质量黑洞之间,属于中等质量范围,是科学家首次探测到此类黑洞。

  此外,发生并和的两个黑洞的大小也很特别,它们太重,以至于科学家怀疑其中一个或两个可能不像大多数恒星质量黑洞那样由坍缩恒星形成。因为对不稳定性(pair instability)现象表明,坍缩恒星应该不能形成质量约为65倍—120倍太阳质量的黑洞,这个范围被称为“对不稳定质量空缺”。但GW190521事件中的一个为85倍太阳质量的黑洞,是目前探测到的首个质量落在这一区间的黑洞。对此,研究人员提出了分级并和这一可能性:发生并和的两个黑洞此前都由更小的黑洞并合而成。

  LIGO由美国国家科学基金会(NSF)资助,NSF引力物理项目主任佩德罗·马拉尼提说:“LIGO向我们展示了其具有探测到人类不能预见的天体物理事件的能力,未来有望带给我们更多惊喜。”(记者刘霞)

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