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科學家探測到有史以來最大的黑洞合并，并產生了一個225倍于太陽的怪物

科學


科學家探測到有史以來最大的黑洞合并，并產生了一個225倍于太陽的怪物


藝術家對兩個黑洞合并的渲染 。（圖片來源：AiVreaaStii/pixabay）
據美國生活科學網站（Ben Turner）：科學家們已經探測到有史以來最大的黑洞合并——兩個巨大的時空破裂螺旋式地相互碰撞——這可能是宇宙中最難以捉摸的黑洞類型的證據 。
這次合并發生在我們銀河系的郊區，產生了一個質量大約是太陽225倍的黑洞 。
這幾乎是之前記錄保持者的兩倍，之前的記錄保持者創造了一個質量約為142個太陽的最后一個黑洞 。LIGO Virgo KAGRA（LVK）合作發現了新的碰撞，這是一個由四個探測器組成的小組，可以從尾跡中溢出的引力波中識別出災難性的宇宙事件 。引力波是時空結構中的漣漪 ， 由阿爾伯特·愛因斯坦首次預測存在 ， 并于2015年被LIGO證實 。由于他們的突破性發現，參與這項研究的物理學家在2017年獲得了諾貝爾獎 。
但科學家們最感興趣的是這兩個黑洞的質量：大約是太陽的100倍和140倍 。與之前的探測一樣，這些大小的黑洞落入了一個“質量差距” ， 挑戰了關于時空破裂形成的傳統智慧 。研究人員將于7月14日至18日在蘇格蘭格拉斯哥舉行的第24屆廣義相對論與引力國際會議（GR24）和第16屆Edoardo Amaldi引力波會議上展示他們的發現 。
威爾士卡迪夫大學物理學教授、LVK合作組織成員馬克·漢南告訴《生活科學》雜志：“我們預計大多數黑洞是在恒星死亡時形成的——如果恒星足夠大，它就會坍縮成黑洞 ?！??！暗珜τ谡嬲拇筚|量恒星，我們的理論認為坍縮是不穩定的，大部分質量在超新星爆炸中被炸走，黑洞無法形成 。”
他補充道：“我們預計黑洞的質量不會在太陽的60到130倍之間形成 ?！??！霸谶@一觀察中，黑洞似乎位于這個質量范圍內 ?！?br>黑洞是由巨星的坍縮產生的 ， 并通過吞噬氣體、塵埃、恒星和其他黑洞而生長 。目前，已知的黑洞分為兩類：恒星質量黑洞，質量從太陽的幾倍到幾十倍不等；以及超大質量黑洞 ， 其質量大約是太陽的10萬到500億倍 。
然而，那些落入這兩個質量范圍之間的黑洞 ， 被稱為中等質量黑洞，在物理上無法從直接的恒星坍縮中形成，因此仍然非常罕見 。盡管如此，它們存在的跡象還是被發現了，這促使天體物理學家假設這些黑洞是通過與其他大小相似的黑洞合并而生長的 。
這一合并的證據于2023年11月23日出現，當時路易斯安那州和華盛頓州的激光干涉儀引力波天文臺（LIGO）探測器通過了兩個微小的時空扭曲 。這兩個探測器——每個探測器都有兩個2.5英里長（4公里）的L形臂，其中包含兩個相同的激光束——的設計是 ， 如果引力波穿過地球，探測器一個臂中的激光將被壓縮，而另一個臂則會膨脹，從而使光束的相對路徑長度發生微小變化 。
到達探測器的信號很復雜，來自兩個快速旋轉的高質量黑洞 。天文學家通常通過模擬來自不同類型黑洞雙星系統的信號來分析黑洞合并 ， 然后將其與他們看到的任何新信號進行匹配 。
但要使這項技術發揮作用，模型必須精確，當黑洞快速旋轉時，愛因斯坦的方程更難求解（因此精度較低） 。
漢南說：“GW231123中的黑洞似乎高度旋轉 ， 我們的不同模型給出了不同的結果 ?！??！斑@意味著，盡管我們確信黑洞非常大 ， 但我們并沒有特別準確地測量質量 。例如，較小黑洞的可能質量跨越了整個質量間隙 ?！?br>為了讓科學家更好地計算這些質量 ， 這些模型必須改進，這可能需要對類似的高自旋合并進行更多的觀察 。
這種檢測是可能的；自2015年第一次運行開始以來 ， LIGO、Virgo和KAGRA引力波探測器已經發現了300次合并，僅第四次運行就發現了200次合并 。然而，由美國國家科學基金會資助的LIGO正面臨特朗普政府的預算削減，這可能會關閉一個探測器 ， 使目前的探測“幾乎不可能”，該設施的主任David Reitze說 。