科学家发现10个新的引力波 黑洞合并各有特色

相互绕行的天体产生引力波示意图。（Shutterstock）

最近科学家发现10个来自黑洞合并产生的引力波。它们都非同寻常：有的黑洞质量奇特;有的以一定的夹角相撞;还有的由两个质量悬殊很大的黑洞相撞，引起天体物理学界的强烈兴趣。

其中一个是著名的GW190521，由两个质量分别是太阳66倍和85倍的两个黑洞合并所发出。理论认为只有质量不到太阳50倍、或是太阳150倍以上的两类恒星死亡后才会演化成黑洞。质量介于两者之间的黑洞应该不是恒星坍塌而成，所以这两个黑洞的质量很特别。科学家猜测它们很可能本身已经是之前两个黑洞合并的产物。

在那之后，科学家又发现了几个类似的合并信号，说明质量介于这两者之间的黑洞并不像科学家以前以为的那么罕见。

主要研究员之一普林斯顿大学（Princeton University）的博士生塞思‧奥尔森（Seth Olsen）在新闻稿中说：“当我们发现这个质量范围内的黑洞，这告诉我们关于这个系统如何形成的更多线索，很可能这些黑洞是以前其它黑洞合并的结果。”

科学家从这些数据中还发现了关于小质量黑洞的线索。物理学家的理论模型显示，质量不到太阳2倍的恒星死亡后会坍塌成中子星，而不是黑洞。但是，至今观测到的几乎所有的黑洞质量都在太阳的5倍以上。这些小质量黑洞的合并事件，有助于科学家进一步探索中子星和最小型黑洞之间的关系。奥尔森表示，至少这些数据显示这些奇特的系统并不像以前以为的那样少见。

这些数据中科学家还看到了前所未见的一个合并事件：朝某个方向自旋的一个大质量黑洞，与另一个质量小得多的、反向绕它旋转的黑洞发生了合并。

奥尔森说，大质量黑洞自旋的平面并不完全与两者绕行的轨道在一个平面上，而是有一个夹角。“这展示了一类很特别的二体黑洞系统（BBH），两个天体的轨道之间有一定夹角，而且黑洞自旋的方向是随机的。”

研究组在4月11日举行的美国物理学会4月会议（APS April Meeting 2022）上展示了这项研究成果。