旋轉方向揭開黑洞「配對」秘密

2020-10-30 光明科普

合併黑洞自旋的方向有助於揭示這對黑洞是如何形成的。圖片來源：LIGO/CALTECH/MIT

4年前，在幾十億光年外，兩個巨大黑洞在旋轉中彼此融合，空間和時間產生了短暫的漣漪，物理學家因此第一次發現了引力波。從那以後，科學家仿佛打開了新大門，陸續發現了一系列類似事件。

據《科學》報導，近日全球引力波探測器網絡的研究人員在預印本伺服器arXiv上，以4篇文章的形式，公布了迄今為止對已發現的50次類似事件數據的首個統計分析報告。報告顯示黑洞——這些大質量恆星崩塌時留下的超強引力場，比科學家預期的更常見，也更奇怪。研究人員還在報告中揭開了一些謎團，比如這些黑洞在合併之前是如何「配對」的。

上述觀測數據部分來自3個被稱為幹涉儀的大型L形光學儀器，其中兩個屬於雷射幹涉儀引力波天文臺（LIGO），第三個探測器是義大利比薩附近的室女座幹涉儀（VIRGO），於2017年加入了尋找引力波的行列。

探測器對黑洞進行普查的新能力，使研究人員能夠探測合併中的一對黑洞是否指向彼此軌道相同的方向，這是一個能夠說明這對黑洞最初是如何聚集在一起的潛在線索。

如果自旋方向與彼此環繞的軌道方向相同，那麼這對黑洞可能是由一對共同誕生的恆星形成的，它們自然地獲得了相匹配的自旋，並且在坍縮之後仍相伴在一起；如果自旋指向與彼此環繞軌道方向不同，那麼這對黑洞可能是最初分別形成後，以某種方式「配對」到一起的。目前，上述哪個形成方式佔主導地位仍是研究人員爭論的話題。

特別是，如果一對黑洞的其中一個以與軌道相反的方向旋轉，這對黑洞更有可能來自已經形成黑洞的混合體。但美國西北大學天體物理學家、LIGO成員Maya Fishbach說，很難從單個啁啾信號中確定是否發生了這種情況。

研究人員通過對這些事件的整體分析，梳理出至少有些黑洞合併涉及反向旋轉的證據。Fishbach認為，這一結果反過來證明了黑洞對的形成方式不止一種。

「我們已經回答了許多連自己都沒有意識到的問題，但我們提出了更多的問題，這只是科學的開始。」 Fishbach說。（許悅）

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