@ 2022.11.24 , 21:37

或许第一次记录到两个“路人”黑洞直接相撞激起的引力波

黑洞碰撞产生的时空涟漪可以向我们透露隐藏在时空帷幕之下的奥秘。

引力波编码了有关黑洞的信息:它们的质量、相互向内的螺旋形状、自旋方向。

由此,科学家们确定,我们所看到的大多数碰撞都发生在双星系统形成的黑洞。这两个黑洞一开始是大质量恒星,它们一起变成黑洞,然后盘旋、合并。

然而,在迄今为止发现的大约 90 起黑洞合并中,有一个非常奇特的信号。代号GW19052,于2019年5月被检测到,荡漾起前所未有的时空涟漪。

德国耶拿大学的天体物理学家Rossella Gamba 说:“它的形态和类似爆炸的结构与以前的观察结果大不相同。GW190521 最初被分析为两个快速旋转的重黑洞沿着几乎圆形的轨道相互接近,但它的特殊特征使我们提出了其他可能的解释。”

特别是,难以解释那短暂而尖锐的引力波信号。

“与该事件相关的信号的形状和简洁性(不到十分之一秒)使我们假设两个黑洞发生了瞬时合并,之前没有螺旋靠近的过程。”意大利国家核物理研究所的天文学家Alessandro Nagar解释说。

最终形成黑洞引力相互作用的方法不止一种。

首先是两者在一起很长时间,甚至可能是从太空中的同一片气态物质中形成的婴儿恒星。

另一种是当两个在太空中移动的物体相互靠得足够近,以至于在所谓的动态相遇中被彼此拉住。

Gamba和她的同事认为,GW190521就属于后者。因此他们建模来检验这一假说。

结果表明,两个黑洞并不是从一个双星开始,而是被彼此的引力网捕获,在一个狂野的、偏心的环上相互翻滚两次,然后撞击在一起形成一个更大的黑洞。在这种情况下,两个黑洞都没有旋转。

“通过结合使用最先进的分析方法和数值模拟来开发精确的模型,我们发现,高度偏心的合并比以前提出的任何其他假设都更好地解释了观察结果。”耶拿大学的天文学家Matteo Breschi说,“出错的概率是1:4300!”

这种情况更有可能发生在稠密的空间区域,如星团。

GW190521先前的分析数据显示,合并中的一个黑洞的质量约为太阳质量的 85 倍。根据目前的理论,超过 65 个太阳质量的黑洞不能由单一恒星形成;我们知道这种质量的黑洞的唯一形成路径是,两个质量较低的天体的合并。

Gamba和同事的工作发现,两个黑洞的质量分别为 81 和 52 个太阳质量。

黑洞之间的动态相遇被认为是非常罕见的,迄今为止 LIGO 和 Virgo 收集的引力波数据似乎支持了这一点。然而,稀有并不意味着不可能,GW190521 可能就是0的突破。

有第一个,意味着还会有更多。引力波观测站目前正在升级和维护中,但将于 2023 年 3 月再次上线。这一次,LIGO在美国的两个探测器和意大利的处女座探测器将与日本的KAGRA加入其中,以获得更大的观测能力。

该研究已发表在《自然·天文学》上。

https://www.sciencealert.com/two-black-holes-met-by-chance-and-it-created-something-never-seen-before


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