LIGO探测到迄今为止最大、旋转速度最快的黑洞

引力波揭示了有史以来最大的黑洞合并——其规模如此巨大且极端，违背了当前的天体物理模型。这场碰撞形成了一个相当于225个太阳质量的庞然大物，可能由之前已经合并过的黑洞构成。爱因斯坦的规则或许需要重新审视。

LIGO-Virgo-KAGRA（LVK）合作组通过引力波观测到了有史以来质量最大的黑洞合并事件。利用美国国家科学基金会（NSF）资助的LIGO天文台，科学家们探测到了一次巨大事件的信号，该事件最终产生了一个质量约为太阳225倍的黑洞。该信号被标记为GW231123，是在2023年11月23日LVK网络第四次观测运行中捕获的。

LIGO，即激光干涉引力波天文台（LIGO），于2015年首次探测到引力波，并因此成为头条新闻。这些引力波是时空结构中的涟漪，是由一次黑洞碰撞产生的，该碰撞产生了一个质量为太阳62倍的黑洞。这一突破性信号被位于路易斯安那州利文斯顿和华盛顿州汉福德的LIGO两台探测器捕捉到。

继这一历史性发现之后，LIGO 与意大利的 Virgo 探测器和日本的神冈引力波探测器 (KAGRA) 合作，成立了 LVK 合作组。这些仪器在第四次观测中共记录了超过 200 次黑洞合并，自 2015 年开始合作观测以来，共记录了约 300 次黑洞合并。

在此之前，质量最大的黑洞合并是由 2021 年发生的 GW190521 事件产生的，其总质量是太阳的 140 倍。

在最近的 GW231123 事件中，质量为 225 个太阳质量的黑洞是由多个黑洞合并而成的，每个黑洞的质量约为太阳质量的 100 倍和 140 倍。

黑洞除了质量大之外，还快速旋转。“这是我们通过引力波观测到的质量最大的双黑洞，它对我们理解黑洞的形成方式提出了真正的挑战，”卡迪夫大学的马克·汉纳姆（Mark Hannam）说道，他是LVK合作项目的成员。“如此巨大的黑洞在标准的恒星演化模型中是被禁止的。一种可能性是，这颗双黑洞中的两个黑洞是由早期较小黑洞的合并形成的。”

加州理工学院 LIGO 执行主任戴夫·雷茨 (Dave Reitze) 表示：“这次观测再次证明了引力波如何以独特的方式揭示了整个宇宙中黑洞的基本和奇异性质。”

GW231123 中黑洞的高质量和极快的旋转速度突破了引力波探测技术和现有理论模型的极限。要从信号中提取精确信息，需要使用能够解释高速旋转黑洞复杂动力学的模型。

“黑洞似乎旋转得非常快——接近爱因斯坦广义相对论允许的极限，”朴茨茅斯大学、LVK成员查理·霍伊解释道。“这使得信号难以建模和解释。这是一个推动我们理论工具发展的绝佳案例研究。”

研究人员正在持续完善分析，改进用于解释此类极端事件的模型。“整个研究界需要数年时间才能完全解开这种复杂的信号模式及其所有含义，”伯明翰大学、LVK成员格雷戈里奥·卡鲁洛说道。“尽管最可能的解释仍然是黑洞合并，但更复杂的场景可能是解读其意外特征的关键。激动人心的时刻即将到来！”

诸如 LIGO、Virgo 和 KAGRA 之类的引力波探测器旨在测量剧烈宇宙事件引起的时空微小扭曲。第四次观测运行于 2023 年 5 月开始，前半段（截至 2024 年 1 月）的更多观测结果将于今年夏季晚些时候发布。

“这次事件将我们的仪器和数据分析能力推向了目前所能达到的极限，”加州理工学院博士后研究员、LVK成员索菲·比尼（Sophie Bini）说道。“这是一个强有力的例子，它表明我们可以从引力波天文学中学到多少东西，以及还有多少东西有待探索。”

GW231123 在第 24 届国际广义相对论和引力大会（GR24）和第 16 届爱德华多·阿马尔迪引力波大会（GR-Amaldi 会议）上发表。用于探测和研究 GW231123 的校准数据将通过引力波开放科学中心（GWOSC）提供给其他研究人员进行分析。

编译自/scitechdaily