天文學家發現了迄今為止最強大的黑洞碰撞

利用引力波，天文學家探測到了迄今為止最強大、最遙遠，同時又最令人困惑的黑洞碰撞。

中等質量

這次黑洞碰撞發生在宇宙當前年齡一半的時刻。當時，發生碰撞的兩個龐然大物，至少有一個質量比太陽重85倍，而合併產生了一個近150個太陽質量的黑洞。

這次碰撞於2019年5月21日由美國的雙雷射幹涉儀引力波天線（LIGO）探測器和義大利的處女座天文臺探測到，並於9月1日，2日發表的兩篇論文中進行了描述。檢測日期後將其命名為GW190521。

荷蘭萊頓大學計算天體物理學家西蒙·波特吉斯·茲沃特（Simon Portegies Zwart）說，「這個發現令人難以置信」，尤其是這個發現證實了「中等質量」黑洞的存在。

澳大利亞墨爾本莫納什大學的理論天體物理學家伊利亞·曼德爾（Ilya Mandel）稱這項發現「出乎意料之外」。

不合理的數據

自2015年以來，LIGO和處女座通過感應引力波提供了對宇宙的新見解。時空結構中的這些漣漪可以揭示一些事件，例如黑洞的合併，而這通常是普通望遠鏡看不到的。

天體物理學家可以根據引力波的性質來估計產生它們的物體的大小和其他特徵，因為它們相互之間呈螺旋形旋轉。這徹底改變了對黑洞的研究，為數十個黑洞的存在提供了直接證據。

令人吃驚的是，根據傳統理論，質量介於65和120個太陽質量的恆星坍縮不應產生黑洞。

但在最新的發現中，LIGO和處女座探測器僅能感知到螺旋狀黑洞產生的最後四個波紋，其頻率在十分之一秒內從30赫茲升至80赫茲。

在這種情況下，科學家估計這兩個物體的重量約為85和66太陽質量。這使得合併的黑洞質量落在了傳統理論「禁止」的質量範圍之內。

伊利諾州埃文斯頓西北大學的LIGO天體物理學家克里斯多福·貝裡（Christopher Berry）說：「這在人們希望配對不穩定的質量差距應該達到的範圍內非常整齊。」

麻薩諸塞州劍橋市哈佛大學的天體物理學家塞爾瑪·德·明克（Selma de Mink）認為，對不穩定的臨界值甚至更低，可能為45太陽質量，這也將把兩個物體中的較輕者也牢固地推入了禁區。她說：「對我來說，兩個黑洞都令人感到不適。」

非常規黑洞

為了解釋他們的觀察，LIGO研究人員考慮了各種可能性，包括黑洞從開始就已經存在。幾十年來，研究人員一直猜測，大爆炸發生後不久，這種「原始」黑洞可能會自發形成各種大小的黑洞。

團隊考慮的主要情況是黑洞之所以大，是因為它們本身是早期黑洞合併的結果。恆星坍縮造成的黑洞應在密集的恆星團內部形成，原則上它們可以反覆合併。但是，即使這種情況也是有問題的，因為在第一次合併之後，所產生的黑洞通常應受到引力波的作用，並將其自身從星團中彈出。只有在極少數情況下，黑洞才會留在可能再次合併的區域。

重塑黑洞碰撞

德明克說，如果黑洞居住在他們擁擠的銀河系中心區域，那麼繼續合併的可能性就更大。

目前尚不清楚合併發生在哪個星系中。但是在大致相同的天空區域中，研究人員發現了一個類星體——一個由超大黑洞驅動的極其明亮的銀河系中心——在GW190521之後一個月左右經歷了一次耀斑。儘管許多天文學家都謹慎地認為這兩種現象是相關的，但科學家無法排除耀斑是由反衝黑洞產生的類星體熱氣中的衝擊波產生的。