【天文|中等质量黑洞发现实锤，还是一场空？看科学家如何解释】一对相撞的黑洞产生的中量级的黑洞被天文学家们发现 ， 对它的研究结果不仅为中等质量和高质量间隙黑洞提供了新的线索 ， 也是理解黑洞之谜的关键 。
在70亿光年之外 ， 在一个闪亮的引力波圆盘上有一对相互碰撞的黑洞 ， 这是黑洞天文学中最受欢迎的发现之一——难以捉摸的“中等质量”黑洞 ， 属于恒星质量黑洞和超大质量黑洞之间 。
然而 ， 这一对相互碰撞的黑洞不仅结合形成了中等质量黑洞 ， 其中一个还比较独特 ， 为高质量间隙黑洞 。 它的质量介于恒星质量黑洞和中等质量黑洞之间 ， 这样的黑洞是以往在银河系中没有发现过的 。
LIGO（激光干涉引力波天文台）成员、加州理工学院的物理学家艾伦·温斯坦说:“这次事件带来的问题比它提供的答案还多 ， 但从探索和物理学的角度来看 ， 这是一件非常令人兴奋的事 。 ”
2019年5月21日 ， LIGO和室女座干涉仪探测到黑洞碰撞产生的引力波信号 ， 与之前探测到的信号相比 ， 这次的信号非常短 。
通过对其分析后发现 ， 合并后的产物是一个质量约为太阳142倍的黑洞 ， 而形成这个黑洞的两个物体的质量分别是太阳的66倍和85倍 。 自首次探测到引力波以来 ， 这比5年内探测到的任何黑洞碰撞后的产物都要大 。
德国马普引力物理研究所和马里兰大学的理论物理学家亚历山德拉·博南诺说：“从一开始 ， 这个只有十分之一秒长的信号就挑战了我们 ， 让我们无法确定它的起源 。 但是 ， 尽管它很短暂 ， 我们仍能将其认定为黑洞碰撞合并 。 根据爱因斯坦广义相对论的预测 ， 我们意识到我们第一次见证了一个中等质量黑洞的诞生 。 该黑洞的‘父母’一方很可能由一次早期的双子星合并而形成 。 ”
这些结果不仅为探秘中质量和高质量间隙黑洞提供了新的线索 ， 还是解锁另一个黑洞之谜的关键——超大质量黑洞是如何形成的 。
黑洞是个巨大的谜团 。 由于它们不会发射或反射任何我们能探测到的辐射 ， 所以我们通常不知道它们的存在 ， 除非它们正在吞噬其他物质——这一过程会释放出大量辐射 。
黑洞合并前的引力波模拟图
至于中等质量黑洞 ， 由于数量稀少 ， 它们更是成为谜中谜 。 我们已探测到的恒星质量黑洞的质量是太阳的100倍 ， 而超大质量黑洞通常比恒星质量黑洞大一百万到十亿倍 。
天文学家已经探测到一些他们认为很可能是中等质量黑洞的天体 ， 但是就像大多数的黑洞探测一样 ， 探测方法是间接的 ， 所以结果仍然无法确定 。
但是引力波让我们能够直接探测到双黑洞以及它们合并后的产物 ， 这就使得新发现的信号GW 190521成为第一个对中等质量黑洞的直接探测 。
西北大学引力波天文学家克里斯托弗·贝瑞说:“天体物理学中最大的谜团之一就是超大质量黑洞是如何形成的 。 它们就像将上百万个太阳那么大质量的大象关在一间房间里一样 。 它们是从恒星坍塌时产生的恒星质量黑洞中产生的 ， 还是通过某种尚未被发现的方式诞生的？长期以来 ， 我们一直在寻找中等质量黑洞 ， 以填补恒星质量黑洞和超大质量黑洞之间的鸿沟 。 如今 ， 我们有证据证明中等质量的黑洞确实存在 。 ”
这个85倍太阳质量的黑洞算是一个奇迹 。 因为 ， 根据模型 ， 超过65个太阳质量的黑洞不可能像恒星质量黑洞那样 ， 由一颗恒星形成 。
这是因为恒星的质量很大 ， 以至于它们的超新星——被称为不稳定对超新星——应该会完全摧毁恒星的核心 ， 不会留下任何可以因引力坍塌成黑洞的物质 。
这就产生了我们所说的“高质量间隙”（低质量间隙属于黑洞和中子星之间） 。 GW 190521对应的那个85倍太阳质量的黑洞是第一个在这个质量缺口中被明确探测到的黑洞 。
当然 ， 在这个阶段——引力波天文学还处于初级阶段的时候——我们不可能知道这个事件本身是否是一个异常事件 。
德国汉诺威爱因斯坦研究所和莱布尼兹大学引力物理研究所的物理学家卡斯滕·丹茨曼说：“我们还不知道GW190521（首次观测到的中等质量黑洞） ， 这一令人惊讶的发现 ， 是一种全新的双黑洞类型 ， 还是只是我们已见过的高质量黑洞 。 ”
第一次进行这样的直接探测是非常令人兴奋的 ， 同时它还代表了科学发现中最棒的一环：回答现有的问题 ， 并继续提出大量的新问题 。
西北大学的天文学家蔡斯·金博说:“我们正处在引力波天文学的黎明时代 ， 作为一名天体物理学家 ， 很难找到更好的时机了 。 ”
该项研究已发表于《物理评论快报》和《天体物理学杂志快报》 。
by: MICHELLE STARR
FY: 北門
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