黑洞碰撞轨迹揭秘：扁平轨道的神秘起源

科学家们已经开始揭开两颗黑洞之间灾难性碰撞的起源，这两颗黑洞似乎在一种罕见的‘扁平’轨道上遭遇了命运。

这一双黑洞合并事件是美国激光干涉引力波天文台（LIGO）和其意大利对应的维尔戈（Virgo）探测器仅发现的少数几起事件之一，并且有证据表明它的偏心率是可检测的——在合并时轨道形状更接近椭圆而非圆形。

国际团队对三种可能的形成情景进行了模拟，称为GW200208_222617，得出的结论是它可能是在一个三体星系统或其他类似星团的高密度系统中形成的。

他们的 研究结果，发表在 《物理评论D》，可能帮助科学家改进技术，更准确地确定可观测宇宙中双黑洞的进化起源，揭示这些双黑洞相遇和合并时的环境。

首席作者伊莎贝尔·罗梅罗-肖博士，最近在卡迪夫大学重力探索研究所工作，此前在布里斯托大学和剑桥大学进行研究，她说：“准确检测偏心率对于识别我们通过引力波观察到的双黑洞形成过程至关重要。”

“大多数长期共同存在的双黑洞通常会有圆形轨道。如果轨道是扁平的或偏心的，这意味着该双黑洞要么是最近才结合的——也许它们刚刚相遇——要么轨道因与外部物质（如气体或第三个物体）的相互作用而变得更加偏心。”

"通过将GW200208_222617的特性与在场三元组、致密星团和活跃星系核中演化的双黑洞模拟的预测进行比较，我们发现它更可能是在场三元组或致密星团形成，而不是在活跃星系核形成."

该事件是在LIGO-Virgo-KAGRA合作的第三次观测运行中被检测到的，多个团队使用不同的分析技术，识别出该事件包含可检测的轨道偏心率的证据。

通过观察它的其他特性，并将这些特性与各种形成途径的预测进行比较，团队开始缩小这个双星——以及在检测到的种群中的许多其他双星——最可能的形成方式。

“偏心是‘决定性证据’，表明双星系统并非完全孤立形成——如果它是独立演化的，那么用我们目前的仪器观察时，它不会显示出可检测的偏心，”罗梅罗-肖博士解释道，他是2025年被选为科学与技术设施委员会厄尼斯特·拉塞福德奖学金的成员。

“所以，虽然我们还无法确切识别出是哪个通道产生了这个合并，但我们相信，如果它确实是偏心的，那么它不是在孤立中形成的。因此，这开始缩小我们的可能性。这对其他双黑洞群体有影响，因为来自这些通道的双黑洞中，只有一小部分会显示出可检测的偏心。

“这意味着，如果一个偏心事件被可靠地检测到，那么我们看到的许多其他双黑洞也很可能是通过同样的形成通道演化而来的。例如，如果GW200208_222617确实是在一个密集的星团中形成的，那么其余群体中大约7%到100%也可能是在密集星团环境中形成的。”

团队希望他们的研究能够激励引力波波形模型研究者开发更先进的模型，以便能更自信地检测偏心率，并确认这些双黑洞的演化起源。

更多信息： Isobel Romero-Shaw 等人，GW200208_222617 作为一个偏心黑洞双星合并：特性及其天体物理学意义，物理评论 D（2025）。 DOI: 10.1103/jj7m-x66y