宇宙如何让黑洞处于碰撞轨道上?

数百次碰撞产生的引力波表明,黑洞可以通过三种不同的方式形成螺旋对

来源:Science Magazine

十年前,物理学家首次检测到两个黑洞在震动宇宙的碰撞中相互旋转时引发的空间微小涟漪。现在,他们可能即将找到自那时以来一直困扰着他们的难题的答案:黑洞最初是如何配对的?位于路易斯安那州和华盛顿州的激光干涉仪引力波天文台 (LIGO) 及其欧洲合作伙伴意大利的 Virgo 探测器已经发现了 300 多起此类合并事件。近几个月来,对这些数据的多项统计研究发现,与最初的预期相反,黑洞对分为三种类型,以三种不同的方式形成。

“即使在两年前,我们也没有一个连贯的图片,”西北大学天体物理学家、其中一篇论文的作者 Vicky Kalogera 说道。 “这是第一次一切都步入正轨。”芝加哥大学理论天体物理学家丹尼尔·霍尔兹(Daniel Holz)没有参与这项研究,他表示,研究结果证明了统计方法的力量,可以揭示合并的“亚群”,尽管几乎每一次合并的测量都太差而无法分类。 “这是我们做事方式的一个阶段性转变。”

黑洞是大质量恒星的核心塌陷到无穷小点时留下的强烈引力场。当两个黑洞配对并以相当一部分光速相互旋转时,它们会辐射螺旋引力波。测量空间拉伸的 LIGO 和 Virgo 将这些波视为一种短暂的鸣叫——一种振荡信号,随着黑洞合并,频率和幅度会增加,然后以一声巨响结束。

没有什么需要两种机制以相似的速率产生对,因此“人们认为一种形成机制或另一种将占主导地位,”莫纳什大学引力波天体物理学家 Sharan Banagiri 说。 “事实证明这是极其错误的。”