獨家！諾獎得主斯穆特三世解密「黑吃黑」與引力波

2020-09-09 世界頂尖科學家論壇

重磅新聞 ·

天文學家本月2日在《物理學評論通訊》和《天體物理學雜誌通訊》發表論文，表示2019年5月探測到的一段引力波信號來自於兩個黑洞的合併，可證明中等質量黑洞確實存在。

然而這一最新研究仍然有許多待解之謎：引力波是否來自於黑洞合併仍有疑問；探測到的黑洞質量與之前的理論計算值也存在矛盾之處。帶著這些問題，世界頂尖科學家論壇今日（9月7日）專訪了天體物理學家、宇宙學家喬治·斯穆特三世（George Smoot III ）。

斯穆特因「發現了宇宙微波背景輻射的黑體形式和各向異性」獲得了2006年諾貝爾物理學獎。他也曾參加了世界頂尖科學家協會（WLA）與央視新聞合作推出的太空論壇系列第一期《和諾獎科學家談深空探測》節目。

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來自70億年前的「巨響」

2019年5月21日，美國雷射幹涉引力波天文臺（LIGO）和歐洲處女座引力波探測器（Virgo）均探測到了一段不到0.1秒的信號。

在通過四種不同的算法對這段信號進行測量後，天文學家認為：它可能是距今約70億年前，在一個中等質量黑洞的形成過程中釋放出的引力波信號，編號為GW190521。

GW190521的模擬。圖｜紐約時報

引力波由極端天文物理現象產生，在時空中激起圈圈漣漪，就像宇宙中的鈴鐺將聲音傳播出去一樣。這一次，研究人員聽到了一聲巨響。

天文學家認為，這個中等質量黑洞大約是太陽質量的142倍，由質量分別為太陽的66倍和85倍的兩個黑洞合併而來。這段引力波信號正是由此產生。

目前為止，幾乎所有確認的引力波信號均來自於雙星合併，包括雙黑洞合併和雙中子星合併。但也有研究人員認為，這段信號可能是由某顆正在坍塌的恆星發出的，或者來自宇宙早期產生的弦——不過這些假說對數據的吻合度並不如雙黑洞合併假說那麼高。

這裡展示的兩個黑洞，在它們相撞之前都有吸積盤。圖｜Forbes

另一個疑問是，根據理論計算，坍縮的恆星不會產生質量在太陽質量 65 倍至 120 倍之間的黑洞，這個範圍稱為對不穩定性空缺（pair instability mass gap）。

但是，發出GW190521引力波信號的兩個黑洞裡，較重的一個質量為太陽質量的 85 倍，是目前為止探測到的第一個質量落在這一區間的黑洞。

02

黑洞通常是怎麼合併的

那麼黑洞到底是如何合併的，斯穆特也向我們介紹了關於黑洞合併的兩種的主流意見。

第一種稱之為：共有包層過程，即兩個相鄰的恆星，經過數十億年的時間，爆炸形成兩個相鄰的黑洞，最終共用一個共同的包層或者是碟狀的氣體。再經過幾十億年的時候，黑洞就會以螺旋式的合併。

另一種流行說法是通過動態相互作用。想像一下，如果銀河系也有狂歡節，那麼在宇宙的一個小而密集的區域裡，成千上萬的黑洞擠在裡面。當兩個黑洞開始結伴而行時，第三個黑洞可能會在動態相互作用中把這對黑洞撞開，這種情況可以重複多次，最後一對黑洞才會合併。

那這次LIGO和它的小夥伴Virgo到底觀測到的是什麼呢？如果的確是黑洞合併的話，它是怎麼產生的？喬治·斯穆特三世用三張圖向我們做了詳細解釋，賣個關子，不要錯過我們明天的詳細推送哦！

斯穆特專訪截圖。圖｜WLF獨家

編輯｜Kai

責編｜小文

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