引力波幫助首次發現「中等質量」黑洞

2020-09-04 經濟日報

據美國雷射幹涉引力波天文臺（LIGO）網站2日報導，該天文臺與位於義大利的「室女座」（Virgo）引力波天文臺攜手，探測到了一個142倍太陽質量的黑洞，這是科學家首次探測到此類「中等質量」黑洞，也是目前藉助引力波探測到的質量最大的黑洞。

這個黑洞由兩個分別約85倍和65倍太陽質量的黑洞並和而成，並和釋放出的8倍太陽質量的能量以引力波的形式瀰漫於宇宙中，被兩大探測器攜手「逮個正著」。相關研究發表在最新一期的《物理評論快報》和《天體物理學期刊快報》上。

研究人員在2019年5月21日探測到引力波信號GW190521，該信號持續時間不到0.1秒。他們表示，GW190521信號距離地球約5吉秒差距（gigaparsecs），當時宇宙的年齡約為現在的一半，這也使其成為迄今探測到的最遙遠的引力波源之一。

研究團隊根據先進的計算和建模工具，推出GW190521最有可能是擁有特殊性質的雙黑洞並和產生的信號。迄今為止，幾乎所有被「驗明正身」的引力波信號均來自於雙星並和，包括雙黑洞並和以及雙中子星並和等。

研究人員指出，最新發現也提出了一系列問題。他們解釋說，迄今所觀測到的黑洞大致分兩類：恆星質量黑洞和超大質量黑洞，前者質量為太陽質量的數倍到數十倍不等，被認為是大質量恆星死亡後形成的；後者質量約為太陽的數十萬倍到數十億倍。而GW190521事件產生的142倍太陽質量黑洞，位於恆星質量和超大質量黑洞之間，屬於中等質量範圍，是科學家首次探測到此類黑洞。

此外，發生並和的兩個黑洞的大小也很特別，它們太重，以至於科學家懷疑其中一個或兩個可能不像大多數恆星質量黑洞那樣由坍縮恆星形成。因為對不穩定性（pair instability）現象表明，坍縮恆星應該不能形成質量約為65倍—120倍太陽質量的黑洞，這個範圍被稱為「對不穩定質量空缺」。但GW190521事件中的一個為85倍太陽質量的黑洞，是目前探測到的首個質量落在這一區間的黑洞。對此，研究人員提出了分級並和這一可能性：發生並和的兩個黑洞此前都由更小的黑洞併合而成。

LIGO由美國國家科學基金會（NSF）資助，NSF引力物理項目主任佩德羅·馬拉尼提說：「LIGO向我們展示了其具有探測到人類不能預見的天體物理事件的能力，未來有望帶給我們更多驚喜。」

來源：科技日報

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