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原作：Camille M. Carlisle

翻譯：李思綺

編排：趙書(shū)晨

后臺(tái)：李子琦

原文鏈接：https://skyandtelescope.org/astronomy-news/new-black-hole-merger-breaks-record/

引力波天文學(xué)家探測(cè)到了兩顆質(zhì)量巨大的黑洞的碰撞，此次碰撞形成了迄今為止發(fā)現(xiàn)的質(zhì)量最大的并合黑洞。

該事件（GW231123）發(fā)生于2023年11月23日，在激光干涉引力波觀測(cè)臺(tái)（LIGO）第四次觀測(cè)運(yùn)行初期。該信號(hào)雖短暫但強(qiáng)度極高，堪稱(chēng)宇宙中的“驚雷”。

該事件在約60赫茲處達(dá)到峰值，接近LIGO探測(cè)范圍的下限。較低頻率對(duì)應(yīng)更高的質(zhì)量——此次事件中，較大黑洞的質(zhì)量介于120至159個(gè)太陽(yáng)的質(zhì)量之間，較小黑洞的質(zhì)量則在51至123個(gè)太陽(yáng)質(zhì)量之間。（科學(xué)家最看好的數(shù)值分別為137和103。）它們并合形成了一個(gè)約225個(gè)太陽(yáng)質(zhì)量的黑洞。

并合的黑洞似乎也在快速旋轉(zhuǎn)，分別達(dá)到其最大速度的約90%和80%。研究人員在蘇格蘭格拉斯哥舉行的國(guó)際廣義相對(duì)論與引力會(huì)議與埃多阿多·阿馬爾迪引力波會(huì)議的聯(lián)合會(huì)議上公布了這一結(jié)果。

高自轉(zhuǎn)速度是質(zhì)量估算范圍如此之大的原因之一。盡管科學(xué)家用于解讀引力波波動(dòng)的模板在涉及高質(zhì)量事件時(shí)可靠，但它們?cè)谔幚砀咦赞D(zhuǎn)速度時(shí)會(huì)遇到困難，團(tuán)隊(duì)成員索菲·比尼（加州理工學(xué)院）表示。因此，此次碰撞的細(xì)節(jié)存在大量不確定性。

這次事件無(wú)論是質(zhì)量還是自轉(zhuǎn)都十分引人注目。由于恒星死亡瞬間的復(fù)雜性，超新星理論上不應(yīng)產(chǎn)生質(zhì)量介于約60至130個(gè)太陽(yáng)質(zhì)量之間的黑洞。然而，通過(guò)調(diào)整核反應(yīng)速率等參數(shù)，可能大幅縮小這一質(zhì)量差距。

GW231123的兩個(gè)黑洞可能分別位于質(zhì)量差距的兩側(cè)，如同書(shū)架上的書(shū)擋。也可能一個(gè)或兩個(gè)都位于該區(qū)間內(nèi)。科學(xué)家尚不清楚其中的原因。

迄今為止探測(cè)到的絕大多數(shù)并合黑洞自轉(zhuǎn)極其微弱，與由恒星爆炸形成的天體預(yù)期一致。而由并合形成的黑洞自轉(zhuǎn)則集中在最大速度的70%左右。

考慮到不確定性范圍，GW231123兩個(gè)黑洞的自轉(zhuǎn)均與這一基準(zhǔn)值重疊，這意味著它們可能是先前碰撞的產(chǎn)物。此前質(zhì)量紀(jì)錄保持者GW190521也產(chǎn)生了一個(gè)約140個(gè)太陽(yáng)質(zhì)量的黑洞，情況類(lèi)似。

然而，這兩次事件在LIGO的探測(cè)范圍內(nèi)僅持續(xù)了不到一秒鐘，這使得確定黑洞的真實(shí)自轉(zhuǎn)變得困難，比尼提醒道。天文學(xué)家需要更多此類(lèi)事件，以便更好地理解此類(lèi)天體可能的形成機(jī)制。

當(dāng)快速旋轉(zhuǎn)的黑洞并合時(shí)，反沖力會(huì)將黑洞遺跡以極高速度拋射出去。在GW231123事件中，研究人員估計(jì)反沖速度可能達(dá)到約1000公里/秒，相當(dāng)于太陽(yáng)逃離銀河系所需速度的兩倍。

美國(guó)LIGO、歐洲Virgo和日本KAGRA（作為L(zhǎng)VK合作組聯(lián)合）的科學(xué)家們?cè)谶@次運(yùn)行中共同觀測(cè)到了超過(guò)200次黑洞并合事件，自2015年LIGO首次觀測(cè)運(yùn)行以來(lái)，總計(jì)觀測(cè)到約300次。該團(tuán)隊(duì)計(jì)劃于今夏晚些時(shí)候發(fā)布更多研究成果。

責(zé)任編輯：陳瑋菁

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圖源：NASA

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