科學家們“聽到”了兩個新生黑洞的交響樂——每個黑洞都是在各自的母黑洞碰撞合併時產生的。事實上,其中一次碰撞事件是此類碰撞事件中的第一次。
嬰兒黑洞的發現和四位父母的信息 黑洞 鍛造它們的原因是時空的漣漪,或者 引力波是由孕育它們的劇烈宇宙事件造成的。這些波被記錄下來 利貢 (激光干涉引力波天文台)、處女座引力波探測器和KAGRA(神岡引力波探測器)。
在這一突破性發現之後不到一個月,即 2024 年 11 月 11 日,引力波儀器“聽到”了另一個新生黑洞在其前身猛烈碰撞後發出的尖叫聲。這個信號,GW241110,來自質量為太陽16倍和太陽質量8倍的黑洞之間的碰撞,發生在距離大約24億光年遠的地方。這一信號表明,其中一個黑洞正在以與其圍繞另一個黑洞的軌道相反的方向旋轉,這是第一次在合併中看到這樣的特徵 雙黑洞。
內華達大學拉斯維加斯分校 (UNLV) 天體物理學助理教授卡爾-約翰·哈斯特 (Carl-Johan Haster) 表示:“每一項新發現都提供了對宇宙的重要見解,提醒我們每一次觀測到的合併都是一項天體物理學發現,也是研究物理基本定律的寶貴實驗室。” 在一份聲明中說。 “像這樣的雙星是以前的觀測所預測的,但這是它們存在的第一個直接證據。”
這兩個事件都表明所謂的第二代黑洞的存在。
“GW241011 和 GW241110 是 LIGO-Virgo-KAGRA 網絡觀測到的數百起事件中的最新事件之一,”LIGO 合作組織發言人、卡迪夫大學教授斯蒂芬·費爾赫斯特 (Stephen Fairhurst) 在聲明中表示。 “這兩個事件都有一個黑洞比另一個黑洞質量大得多,並且旋轉速度很快,它們提供了誘人的證據,證明這些黑洞是由之前的黑洞合併形成的。”
黑洞:第二代
探測到的黑洞屬於第二代的想法來自於兩次合併中較大黑洞與其較小伴星之間的尺寸差異。最小的黑洞質量似乎大約是其同伴質量的一半。與產生 GW241110 信號的合併中最大黑洞的自旋軌道相反的方向也是產生該主導黑洞的先前合併的證據。
黑洞碰撞後不斷增長的過程被稱為“分層合併”。人們認為這種情況發生在星團等人口稠密的區域,那裡的黑洞更有可能反復相遇和合併,從而產生更大的黑洞。
GW241011 為科學家提供了探索阿爾伯特·愛因斯坦 1915 年引力理論極限的機會。 廣義相對論黑洞和引力波的概念由此出現。
例如,參與這種特殊合併的黑洞的快速旋轉使物體變形,這在它發出的引力波上留下了獨特的印象。這意味著這一事件可以與廣義相對論和物理學家羅伊克爾利用愛因斯坦關於旋轉黑洞的理論做出的預測進行比較。研究小組解釋說,GW241011的黑洞與克爾對廣義相對論的解決方案相匹配,有助於在極端情況下驗證它以及愛因斯坦自己的巨著理論。這包括第三次確認引力波信號(GW241011)中高次諧波的“嗡嗡聲”,類似於樂器的音調。
LIGO-Virgo-KAGRA 合作還認為,這些引力波信號可能是解鎖一些預測但從未見過的東西的關鍵——一些超出廣義相對論範圍的東西。
另外,這些信號背後的兩個黑洞合併有可能揭示更多關於一個不相關的科學領域的信息:粒子物理學。
科學家可以使用快速旋轉的黑洞來測試超輕玻色子或超出粒子物理標準模型存在的粒子的假設存在。如果它們存在,超輕玻色子應該從旋轉的黑洞中拉動旋轉能量。這些粒子釋放多少能量以及它們使黑洞減速的程度取決於它們的質量。
GW241011 背後的前身合併黑洞自合併產生數百萬年(甚至數十億年)後仍在快速旋轉,這一發現似乎排除了一系列超輕玻色子質量。
LIGO-Virgo-KAGRA 合作組織觀測科學部聯席負責人、羅馬薩皮恩扎大學教授弗朗西斯科·帕納拉萊 (Francesco Pannarale) 表示:“對這兩個事件的探測和檢查表明,協同操作我們的探測器並努力提高其靈敏度是多麼重要。” “LIGO 和 Virgo 儀器讓我們更多地了解黑洞雙星如何在宇宙中形成,以及從根本上控制它們的基礎物理學。
“通過改進我們的儀器,我們將能夠更深入地研究這些和其他方面,並提高測量精度。”
該團隊的研究成果於週二(10 月 28 日)發表在《 天體物理學期刊通訊。










