科學家發現10個新的引力波 黑洞合併各有特色

最近科學家發現10個來自黑洞合併產生的引力波。它們都非同尋常：有的黑洞質量奇特；有的以一定的夾角相撞；還有的由兩個質量懸殊很大的黑洞相撞，引起天體物理學界的強烈興趣。

其中一個是著名的GW190521，由兩個質量分別是太陽66倍和85倍的兩個黑洞合併所發出。理論認為只有質量不到太陽50倍、或是太陽150倍以上的兩類恆星死亡後才會演化成黑洞。質量介於兩者之間的黑洞應該不是恆星坍塌而成，所以這兩個黑洞的質量很特別。科學家猜測它們很可能本身已經是之前兩個黑洞合併的產物。

在那之後，科學家又發現了幾個類似的合併信號，說明質量介於這兩者之間的黑洞並不像科學家以前以為的那麼罕見。

主要研究員之一普林斯頓大學（Princeton University）的博士生塞思‧奧爾森（Seth Olsen）在新聞稿中說：「當我們發現這個質量範圍內的黑洞，這告訴我們關於這個系統如何形成的更多線索，很可能這些黑洞是以前其它黑洞合併的結果。」

科學家從這些數據中還發現了關於小質量黑洞的線索。物理學家的理論模型顯示，質量不到太陽2倍的恆星死亡後會坍塌成中子星，而不是黑洞。但是，至今觀測到的幾乎所有的黑洞質量都在太陽的5倍以上。這些小質量黑洞的合併事件，有助於科學家進一步探索中子星和最小型黑洞之間的關係。奧爾森表示，至少這些數據顯示這些奇特的系統並不像以前以為的那樣少見。

這些數據中科學家還看到了前所未見的一個合併事件：朝某個方向自旋的一個大質量黑洞，與另一個質量小得多的、反向繞它旋轉的黑洞發生了合併。

奧爾森說，大質量黑洞自旋的平面並不完全與兩者繞行的軌道在一個平面上，而是有一個夾角。「這展示了一類很特別的二體黑洞系統（BBH），兩個天體的軌道之間有一定夾角，而且黑洞自旋的方向是隨機的。」

研究組在美國物理學會會議（APS April Meeting 2022）上展示了這項研究成果。