陳根：引力波揭秘黑洞合併之謎，黑洞裡面套黑洞

2020-09-06 陳根

文/陳根

黑洞是現代廣義相對論中，存在於宇宙空間中的一種天體。由於黑洞的引力極其強大，被認為是時空曲率大到光都無法從其事件視界逃脫的天體。第一對被探測到的黑洞的質量都是太陽的30倍左右。

現在，來自LIGO和Virgo科學合作組織（LVC）的天文學家報告了迄今為止首次直接觀測到的最大規模黑洞合併。來自ARC引力波發現卓越中心（OzGrav）的研究人員參與了這次探測，並利用新引力波數據中心的計算資源來推斷合併黑洞的質量，表示其質量大約是太陽的150倍。

事實上，這次大規模碰撞並不僅僅是圖表上的一個新數字，它更提出了幾個關於黑洞的基本問題。

具體來說，黑洞一般分為兩類：一類是恆星質量的黑洞，質量大約在五到幾十個太陽質量之間。還有超大質量的黑洞，質量有數百萬甚至數十億個太陽。這在中間留下了相當大的差距。

天文學家們推測，在這個黑洞中可能潛伏著中等質量的黑洞（IMBH），質量在100到10000個太陽質量之間。雖然這些中量級的證據在過去已經被發現，但它們的存在仍有待證實。隨著黑洞合併造成的大約150個太陽的質量的黑洞發現，這個新的黑洞落在了中等質量的黑洞的範圍內，值得一提的是，這也是人類第一次觀測到中等質量黑洞。

但這並不是唯一的問題所在：研究人員認為，碰撞的兩個黑洞中較大的一個由於其質量過大，不可能是由一顆正在恆星演化的超新星形成的。相反，科學家們認為它在過去也吞噬了幾個較小的黑洞。

而如果證明是真的，就意味著，較小的黑洞裡面甚至還有更小的黑洞——就像俄羅斯娃娃。這一設想暗示了超大質量黑洞形成的可能機制。恆星質量的黑洞可能只是在數百萬年和數十億年內不斷地碰撞，越來越大，直到它們有足夠的質量把整個星系聚集在一起。

這項研究的合著者大衛·奧塔維說：「這是在理解引力波探測器所發現的較小黑洞與星系中心發現的大質量黑洞之間的聯繫邁出的一大步。」

這項發現的兩項研究發表在《物理評論快報》和《天體物理學快報》雜誌上。

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