双黑洞碰撞为爱因斯坦理论提供迄今最精确的检验

美国内华达大学拉斯维加斯分校与LIGO-Virgo-KAGRA国际合作团队于2024年发现两次双黑洞合并事件，为爱因斯坦引力理论提供了迄今最精确的检验，并揭示了黑洞形成及自旋的新细节。

科学家在2024年10月和11月接连观测到两起罕见的质量和自旋特性极端的黑洞合并事件。这两次碰撞不仅让人们更清楚地认识到黑洞的行为和演化过程，也以史无前例的精度验证了爱因斯坦百年前提出的物理学基本原理，同时为寻找可能能从黑洞提取能量的神秘粒子指明了方向。

据最新发表在《天体物理学快报》的论文，研究团队记录了10月11日（GW241011，距离地球约7亿光年）和11月10日（GW241110，约24亿光年）两次双黑洞合并。其中GW241011由两个分别为太阳质量20倍和6倍的黑洞合并而成，大质量黑洞高速自旋，刷新了旋转速度观测纪录。随后发生的GW241110事件，则首次观测到主黑洞自旋方向与轨道方向完全相反的现象。

这两项发现不仅证实了爱因斯坦广义相对论的关键预测，还支持所谓“第二代黑洞”的存在——即由先前黑洞合并产物再次合并形成的黑洞。科学家指出，两次事件主黑洞与伴星质量差距大且主黑洞均高速旋转，这意味着这些黑洞可能是在密集星团等特殊环境下多次碰撞合并形成。相关信号的高精度检测还让研究团队在极端条件下检验了广义相对论及Kerr黑洞解，发现与理论高度一致。信号中还首次清晰观察到类似乐器泛音的高阶引力波谐波，为理论预测再添有力证据。

值得注意的是，这些高速自旋黑洞还可用于粒子物理研究。部分理论提出存在名为超轻玻色子的基本粒子，如果存在，该粒子可从黑洞中抽取旋转能量。此次观测显示GW241011主黑洞在亿年后仍高速旋转，排除了大量玻色子质量范围。

LIGO、Virgo和KAGRA团队计划通过进一步升级探测器，获取更多类似系统的数据，从而更深入研究黑洞双星的物理机制以及天体演化过程。科学家表示，每一次新观测不仅丰富了天体物理发现，也为基础物理定律提供了独特的实验室——不断拓展人类对宇宙的认知边界。

编译自/ScitechDaily