LIGO探测到的黑洞碰撞如此剧烈 甚至打破了爱因斯坦的定律

一次破纪录的黑洞碰撞以其规模和速度震惊了科学家们。此次事件由 LIGO-Virgo-KAGRA 天文台探测到，两个巨大的黑洞——每个黑洞的质量都超过太阳的 100 倍——合并成一个旋转的宇宙巨星。最终结果是一个质量超过太阳 225 倍的黑洞，其旋转速度接近物理极限。这一发现不仅打破了此前的黑洞尺寸记录，也颠覆了我们对黑洞形成机制的认知。

两个巨大的黑洞在深空相撞，形成了一个颠覆现有理论的终极巨兽。科学家称，这是迄今为止探测到的质量最大、旋转速度最快的合并事件

LIGO-Virgo-KAGRA（LVK）合作组取得了突破性发现，探测到有史以来利用引力波记录到的质量最大的黑洞合并。此次探测得益于美国国家科学基金会（NSF）资助的位于汉福德和利文斯顿的LIGO天文台。合并后形成的黑洞质量是太阳的225倍以上。该信号编号为GW231123，是在LVK网络于2023年11月23日进行的第四次观测活动（O4）中捕获的。

此次合并的两个黑洞的质量估计分别为太阳的100倍和140倍。它们不仅尺寸巨大，而且旋转速度极快。这种组合使得信号分析异常困难，也表明这些黑洞的起源可能异常复杂。

引力波是由高能宇宙事件（例如黑洞或中子星等大质量天体的碰撞）在时空中产生的微小涟漪。这些波以光速从源头向外传播，沿途拉伸和挤压空间。尽管到达地球时引力波极其微弱，但它们却携带着关于产生它们的天体的性质、运动和结构的宝贵信息，为观察宇宙提供了一种独特的方式，超越了光能所能揭示的范围。

“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，”卡迪夫大学教授、LIGO科学合作项目成员马克·汉纳姆说道。“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。”

科学家目前已通过引力波观测到约300次黑洞合并，其中包括当前O4观测中发现的新候选黑洞合并。在GW231123之前，已确认的最大黑洞双星与GW190521事件相关，该事件的总质量明显较低，“仅为”太阳质量的140倍。

突破检测界限

GW231123中黑洞的高质量和极快的自转速度，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自转黑洞复杂动力学的理论模型。

朴茨茅斯大学的查理·霍伊博士解释说：“黑洞似乎旋转得非常快——接近爱因斯坦广义相对论所允许的极限。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。“学术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，”伯明翰大学助理教授格雷戈里奥·卡鲁洛博士表示。“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！”

引力波天文学进入新时代

美国的 LIGO、意大利的 Virgo 和日本的 KAGRA 等引力波探测器旨在测量由黑洞合并等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，第一阶段（截至 2024 年 1 月）的观测结果将于今年夏季晚些时候发布。

加州理工学院博士后研究员索菲·比尼博士表示：“这次事件将我们的仪器和数据分析能力推向了目前的极限。这是一个有力的例子，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。”

编译自/scitechdaily