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GW190521:天文学家探测到有史以来最大规模的两个黑洞碰撞事件

GW190521:天文学家探测到有史以来最大规模的两个黑洞碰撞事件

GW190521:天文学家探测到有史以来最大规模的两个黑洞碰撞事件

GW190521:天文学家探测到有史以来最大规模的两个黑洞碰撞事件

(神秘的地球uux.cn报道)据cnBeta:天文学家可能已经探测到了有史以来发现的最大规模的两个黑洞碰撞事件,这发生在大约70亿年前,但是其迹象才刚刚到达我们面前。这一灾难性事件为研究人员提供了一个近距离观察位置,见证了宇宙中最难以捉摸天体之一的诞生。这场遥远的表演包括两个主要角色:一个黑洞的质量大约是我们太阳的66倍,另一个黑洞的质量大约是我们太阳的85倍。这两个黑洞紧紧地靠在一起,每秒围绕着彼此快速旋转数次,最终在剧烈的能量爆发中撞在一起,给整个宇宙带来了冲击波。它们合并的结果产生一个单一黑洞,质量大约是我们太阳的142倍。

这样的发现对天文学家来说可能是个大发现。到目前为止,科学家们已经能够探测和间接观察到两种不同大小范围的黑洞。较小的种类是我们太阳质量的5到100倍之间。在光谱的另一端,则是超大质量黑洞,于星系中心的那种黑洞,其质量是我们太阳质量的数百万倍和数十亿倍。古往今来,科学家们一直在试图找出介于两者之间的黑洞,即所谓的“中间质量黑洞”,它们的质量从太阳的100倍到1000倍不等。天文学家确信这种黑洞一定存在,但一直没有找到任何直接证据证明它们的存在。麻省理工学院LIGO实验室研究引力波的助理教授Salvatore Vitale表示:“人们找不到任何中间黑洞,这一直是个令人困惑的问题。它们是具有几十个太阳质量的黑洞和数百万个太阳质量的黑洞之间缺失环节,人们在这两者之间找不到任何东西,这总是有点令人费解。”

今天在《物理评论通讯》和《天体物理学杂志通讯》杂志上详细介绍了这一发现,我们可能首次发现了一个中等质量黑洞的诞生。关于超大质量黑洞如何变得如此之大的一种理论是,较小的黑洞一次又一次地合并,合并到它们变得巨大。但如果是这样的话,宇宙中的某处一定会有中间黑洞。这就是为什么天文学家一直在广泛地寻找这些,因为它们将有助于解决这个难题。为了探测这种黑洞之舞,科学家测量了合并产生的微小冲击波。当像黑洞这样令人难以置信的巨大物体合并时,它们会扭曲空间和时间,在宇宙的结构中产生涟漪,以光速从事件中向外射出。这些涟漪被称为引力波,当它们产生时是巨大的,但当它们到达我们的星球时,却非常微弱,而且非常难以探测。

由于美国和意大利的天文台,科学家们已经非常擅长探测这些微小的引力波。这些被称为LIGO和Virgo观测站是专门用来探测这些来自大灾变合并的无限小波。自从LIGO在2015年首次探测到引力波以来,天文台已经积累了令人印象深刻的成果,探测到了大约67次黑洞、中子星以及黑洞与中子星的合并。今天公布的探测结果也是LIGO和Virgo观测站发现的最远一次合并,波及到我们需要70亿年。这个名为GW190521的事件是在2019年5月21日探测到的,它非常微弱,很容易被错过。LIGO和Virgo的探测器只接收到了来自合并的四个小波,这些扰动只持续了十分之一秒。科学家们在处理这些数据时,使用了四种不同的算法来寻找这些波动,最终让他们能够精确地确定合并的质量,以及释放了多少能量。

相关报道:引力波探测器发现迄今最强黑洞合并事件

(神秘的地球uux.cn报道)据中国科学报(袁柳):引力波探测器探测到了天文学家未曾想到的惊人发现——迄今为止我们所知的最大规模的黑洞合并事件。9月2日,《物理评论快报》和《天体物理学期刊快报》分别上线文章,介绍了这项发现。

此次黑洞合并最早被发现于2019年5月21日,合并产生的引力波被美国激光干涉引力波天文台(LIGO)和意大利室女座干涉仪(Virgo)探测到,合并事件被命名为GW190521。

两个探测器感应到了黑洞合并产生的最后四个波纹,波纹频率在一百毫秒内从30赫兹升至80赫兹。根据探测到的引力波,天文学家可以估算黑洞质量。此次合并事件中,两个黑洞的质量分别是太阳的85倍和66倍,合并后形成的新黑洞质量接近150个太阳。

按现有理论,如此质量级别的黑洞不太可能发生合并。一颗大恒星的坍缩会导致黑洞的形成,而由恒星坍缩形成的黑洞,其太阳质量不会在65~120之间。因为恒星即将寿终正寝时,炽热的核心会触发氧核爆炸聚变,导致整个星球被撕裂。此外,大型黑洞的合并往往更早发生,不会被探测器发现。

为了解释这一探测结果,研究人员推测,大爆炸发生后不久,原始黑洞会自发演变出一批黑洞,这些黑洞规模大小不一。而黑洞之所以足够大,是因为它们早期已经发生过合并事件。

通常第一次黑洞合并发生后,新的黑洞会被先前产生的引力波踢出原本所在的星团。新黑洞停留在可能发生二次合并区域的情况非常罕见。不过,天文学家推测,如果黑洞都处在拥挤的银河系中心,合并事件发生的概率更大,因为那里有足够大的重力,可防止反冲物体射出。

此次合并事件发生的具体星系尚未确定。但合并发生大约一个月后,研究人员在大致相同的区域追踪到一次类星体的耀斑,这可能是合并事件引起的。

这是两台引力波探测器今年第二次探测到非常规的黑洞合并事件。6月,科学家利用探测器发现了一个太阳质量为2.6的黑洞。通常这一量级的天体不会被认为是黑洞,因为太轻了,但将之定义为中子星的话,量级又太大。

相关论文信息:

https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.125.101102

https://doi.org/10.3847/2041-8213/aba493




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