GW190521事件：「不可能」的史上最大黑洞互撞

科學家們去年觀測到一次迄今探測到的最大的黑洞碰撞，參與碰撞的兩個黑洞和碰撞所形成的黑洞按照現有理論都應該是不存在的

在很久很久以前，黑暗的宇宙中發生了一起不可能的事件。這是對人類記錄到的兩個黑洞的最大碰撞的一種描述。這一重大事件是於去年5月被發現的，但科學家9月初才披露出來。

這兩個黑洞的合併發生在距離地球170億光年處，劇烈碰撞產生的引力波向外擴散，由此被發現。碰撞時間大約在70億年前，整個過程只用了n分之一秒。這些引力波——宇宙時空裡的漣漪——分別被美國的雷射幹涉引力波天文臺(Ligo)和義大利的室女座幹涉儀(Virgo)探測到。這些探測器的用途是收集最強宇宙事件——比如黑洞相互吞噬或巨大的恆星爆炸——所引起的引力漣漪。

這一名為GW190521的事件挑戰了我們對這些超天體的理解。所謂的恆星黑洞是恆星的屍體；當大質量恆星耗盡燃料時，它們會向內坍縮。在某些情況下，這種收縮會產生一個密度非常大的核，任何東西，甚至光，都無法逃脫它的引力。就拿我們的太陽來說——我們以太陽的質量為基準來衡量恆星大小——它的質量還不足以使它在年老時形成一個黑洞。

GW190521反映了一個85個太陽質量的黑洞與一個66個太陽質量的黑洞碰撞的瞬間。這是迄今為止人類「觀察到」的最大的黑洞碰撞。合併後的黑洞有142個太陽那麼大，還有若干個太陽質量以能量的形式丟失了。

這一激動人心的發現還籠罩著一層神秘的面紗：一些人認為，原本的那兩個黑洞甚至不應該存在。因為不同質量的垂死恆星中存在著相互競爭的力，長期以來人們一直認為，從理論上講，質量處於約65個太陽質量到120個太陽質量之間這個狹窄質量間隙中的恆星黑洞是不可能形成的。參與此次碰撞的兩個黑洞都違反了上述理論。

英國伯明罕大學(University of Birmingham)引力波天文研究所主任、Ligo團隊成員阿爾貝託•韋基奧(Alberto Vecchio)說：「小點的那個我們還可以解釋得通，但即使我們調整參數，也不應該發現一個大約85個太陽質量的黑洞。」這位教授還記得去年這些觀察在被記錄下來後的一個小時內引發的興奮。未來的研究將探索宇宙是如何製造出這些「不可能存在」的天體的——也許是通過較小天體的碰撞。

除此之外，這兩個吸光巨大天體的碰撞產生了一個142個太陽質量的黑洞，這也是現在發現的唯一一個所謂中等質量黑洞。最大質量可達幾十個太陽質量的恆星黑洞處於黑洞質量區間的較低一端；這一區間的較高一端是超大質量黑洞——發現於星系中心，至少有一百萬個太陽質量。現有理論認為超大質量黑洞的形成方式與其小兄弟恆星黑洞完全不同，可能是通過星系中心的氣體坍縮形成的。GW190521為介於100個到10萬個太陽質量之間的中等質量黑洞提供了迄今最強有力的證據，對這種黑洞的觀測記錄是一片空白。

韋基奧教授認為，黑洞的吸引力來自如下事實：「它們是龐大的天體，但我們可以在人類的尺度上理解它們」。他解釋說，一個100個太陽質量的黑洞半徑約為200英裡，大約是倫敦到曼徹斯特的距離。「請想像拿著一個半徑這麼大的球體，然後往裡面裝100個太陽。」

即使是最聰明的頭腦也難以處理一些宇宙概念。阿爾伯特•愛因斯坦(Albert Einstein)在1916年第一個預言了引力波，但後來對自己的計算產生了懷疑。在經歷了自己內心的搖擺之後，如果能看到宇宙也在搖擺，他該多麼高興啊。