澎湃新聞記者 虞涵棋
如果說早在2015年，雷射引力波幹涉天文臺（LIGO）首次聽到的雙黑洞併合事件如同一聲 「啁啾」鳥鳴，那麼2019年5月21日，他們和義大利處女座引力波天文臺（Virgo）聯合探測到的引力波信號無異於一記「轟」鳴。
是多重的天體才能鬧出這麼大的動靜？根據9月3日發表在《物理評論快報》（Physical Review Letters）和《天體物理學期刊通訊》（Astrophysical Journal Letters）上的兩篇論文，這是兩個分別約為 85 倍和 65 倍太陽質量的黑洞合併而成了一個142倍太陽質量的黑洞，中間損失的等同8倍太陽質量的能量以引力波的形式在宇宙中擴散出來。
這個只持續了不到0.1秒的信號創造了多個紀錄，卻也帶來了巨大的謎團。
這是LIGO探測到的質量最大的黑洞併合事件；
這是LIGO探測到的最遠的引力波信號，遠在50億秒差距（1秒差距約等於3.26光年）之外，光傳輸就要花上70億年，這意味著事件發生時，宇宙的年齡還只有現在的一半；
這是人類首次發現質量介於100到100000倍太陽質量之間的黑洞，即所謂的中等質量黑洞；
最後，根據現有的黑洞演化理論，85倍太陽質量的黑洞「不可能」出現。
中等質量黑洞
引力波是愛因斯坦廣義相對論中的重要推論，被形象地比喻為「時空的漣漪」。時間和空間會在質量面前彎曲，時空在伸展和壓縮的過程中，會產生振動傳播開來，這些振動就是引力波。絕大多數信號傳播到地球上就變得弱不可聞，除非是黑洞併合、中子星併合這樣的宇宙重量級「消消樂」。
LIGO首次探測到的引力波信號，就來自兩個分別為36倍和29倍太陽質量的黑洞，併合為62倍太陽質量黑洞
一顆恆星逃不出三種宿命：白矮星、中子星和黑洞。
白矮星有點像「熄滅」了的灰燼，低光度、高密度、高溫度，我們的太陽數十億年後結局大概如此。
但對更高質量的恆星而言，它們在壽命盡頭可能會發生超新星爆炸，爆炸後如果還有殘骸剩餘，要麼是極端緻密的中子星，要麼就是引力大到光線也無法逃逸的黑洞。
這一類由恆星演化而成的黑洞，我們稱為恆星級黑洞，也是天體物理中最小的一類黑洞，質量通常在3倍至100倍太陽之間。最大的一類則是星系中心的超大質量黑洞。例如，銀河系中心就有一個約為430萬倍太陽質量的超大質量黑洞人馬座a*。介於兩者之間的稱為中等質量黑洞，此前沒有過直接的電磁波觀測證據。
中等質量黑洞的存在有可能幫我們解答一個懸疑已久的宇宙學問題：超大質量黑洞究竟是怎麼來的？一種解釋是，這些龐然大物是由中等質量黑洞反覆合體形成的。
質量斷檔
有趣的是，比起142這個數字，科學家們可能會更驚詫於兩顆「原生」黑洞裡有一顆竟然達到了85倍太陽質量。
原來，恆星之所以能保持穩定，是星核中的光子和氣體產生向外的壓力，平衡了向內的引力。等到恆星把鐵這一類重元素也聚變後，產生的向外壓力就不足以對抗引力了。恆星會在自身重量的作用下坍塌，發生核坍縮超新星爆炸，進而形成黑洞。
然而，對於更重一些的恆星來說，現有的物理學理論還要考慮對不穩定性（pair instability）現象。這是說，恆星核中的光子在能量極高時會形成一對電子和反電子。這些正反電子對產生的對外壓力比光子小，使得恆星更不穩定，容易發生非常劇烈的爆炸，損失掉大量能量。根據這樣的理論預計，恆星是不可能坍縮成65 倍至 120 倍太陽質量的黑洞，這個質量範圍稱為對不穩定性斷檔。
那85倍太陽質量黑洞到底是怎麼來的？也許，它也是由兩個質量更小的前身黑洞併合形成的？
LIGO 成員、加州理工學院教授阿蘭·魏施坦（Alan Weinstein）說道：「這個天文物理事件提出的問題比它回答的問題還要多。」
Virgo 成員、法國國家科學研究中心（CNRS）研究員 Nelson Christensen則表示，質量落在這個區間的黑洞足以讓很多天體物理學家抓耳撓腮。
甚至，這個引力波信號根本就不來自於黑洞？研究人員也在論文裡提及了其他「腦洞」，比如這其實是我們銀河系內一顆正在坍縮的恆星，或是宇宙早期的宇宙弦，但信號與相應理論的吻合程度都不高。
因此，科學家們最後選擇採用奧卡姆剃刀原則：最簡單的雙黑洞併合解釋，目前就是最好的。
責任編輯：李躍群