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4篇论文揭开50次黑洞“配对”秘密

4年前,在几十亿光年外,两个巨大黑洞在旋转中彼此融合,空间和时间产生了短暂的涟漪,物理学家因此第一次发现了引力波。从那以后,科学家仿佛打开了新大门,陆续发现了一系列类似事件。据《科学》报道,近日全球引力波探测器网络的研究人员在预印本服务器arXiv上,以4篇文章的形式,公布了迄今为止对已发现的50次类似事件数据的首个统计分析报告。

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合并黑洞自旋的方向有助于揭示这对黑洞是如何形成的。图片来源:LIGO/CALTECH/MIT

报告显示黑洞——这些大质量恒星崩塌时留下的超强引力场,比科学家预期的更常见,也更奇怪。研究人员还在报告中揭开了一些谜团,比如这些黑洞在合并之前是如何“配对”的。

上述观测数据部分来自3个被称为干涉仪的大型L形光学仪器,其中两个属于激光干涉仪引力波天文台(LIGO),第三个探测器是意大利比萨附近的室女座干涉仪(VIRGO),于2017年加入了寻找引力波的行列。

探测器对黑洞进行普查的新能力,使研究人员能够探测合并中的一对黑洞是否指向彼此轨道相同的方向,这是一个能够说明这对黑洞最初是如何聚集在一起的潜在线索。

如果自旋方向与彼此环绕的轨道方向相同,那么这对黑洞可能是由一对共同诞生的恒星形成的,它们自然地获得了相匹配的自旋,并且在坍缩之后仍相伴在一起;如果自旋指向与彼此环绕轨道方向不同,那么这对黑洞可能是最初分别形成后,以某种方式“配对”到一起的。

目前,上述哪个形成方式占主导地位仍是研究人员争论的话题。

特别是,如果一对黑洞的其中一个以与轨道相反的方向旋转,这对黑洞更有可能来自已经形成黑洞的混合体。但美国西北大学天体物理学家、LIGO成员Maya Fishbach说,很难从单个啁啾信号中确定是否发生了这种情况。

研究人员通过对这些事件的整体分析,梳理出至少有些黑洞合并涉及反向旋转的证据。Fishbach认为,这一结果反过来证明了黑洞的形成方式不止一种。

“我们已经回答了许多连自己都没有意识到的问题,但我们提出了更多的问题,这只是科学的开始。” Fishbach说。

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