大质量黑洞可能是_风闻

原作：Govert Schilling

翻译：艾宇熙

校译：徐鹏晖 陈杰

审阅：牧夫天文校对组

编排：王璞

后台：库特莉亚芙卡 李子琦

原文链接：

https://skyandtelescope.org/astronomy-news/record-breaking-signal-reveals-new-population-of-black-holes/

引力波天文台探测到了迄今为止人类观测到的最大质量黑洞的融合，这一发现可能会改变我们对黑洞形成的认识。

黑洞融合产生时空涟漪

N. Fischer / H. Pfeiffer / A. Buonanno (Max Planck Institute for Gravitational Physics) / Simulating eXtreme Spacetimes (SXS) Collaboration

2019年5月21日世界时3点02分29秒，美国激光干涉引力波天文台（LIGO）和欧洲室女座引力波探测器（Virgo）同时记录到一个时空的涟漪。文学家们确定了这个信号与中等质量黑洞有关。这个发现也增进了天体物理学界对于黑洞生长的理解。

普林斯顿的黑洞研究者Jenny Greene说到：“这太令人激动了。”

这个时长0.1秒的引力波信号编码为GW190521，产生于70亿年前一个遥远的星系里两个恒星级黑洞碰撞融合，形成一个142倍太阳质量的黑洞的时候。这也是目前人们通过引力波探测到的最大质量黑洞。这一发现说明，黑洞可以通过连续的融合不断生长，而星系中央的超大质量黑洞可能就是这样产生的。

来自荷兰乌特勒支大学的引力波探测项目成员Chris Van Den Broeck介绍说：“这个引力波信号的时长很短，频率较低（约60赫兹），这些特征使得它的来源还存在不同的解释，但最为可靠的是这个信号来自于一次大质量黑洞的融合。9月2日，对于这个信号的深入分析发表在《物理学评论快报》上，分析表明，这个引力波信号由一个66倍太阳质量黑洞和一个85倍太阳质量黑洞的融合产生。

GW190521是目前人类通过引力波探测到的最大的黑洞融合事件

Deborah Ferguson / Karan Jani / Deirdre Shoemaker / Pablo Laguna / Georgia Tech / MAYA Collaboration

根据现有的天文学共识，超新星爆发并不能产生65～120倍太阳质量的黑洞。如果假设超新星爆发可以产生这样的大质量黑洞，那么爆发前的恒星质量需要达到130～200倍太阳质量，而如此之大的质量会在恒星演化中产生生对不稳定性超新星，最后所有的物质都被抛射出去，不会留下黑洞。

形成GW190521信号的黑洞之一质量高达85倍太阳质量，因此它不是由超新星爆发产生的——更可能是由更早的时候的另一次黑洞融合产生的。美国密歇根州立大学的球状星团专家Jay Strader说：“从恒星直接产生85倍太阳质量的黑洞是不现实的，因此新发现暗示这种质量的黑洞有可能是较小的黑洞在一个黑洞密集的区域里逐级融合而来，比如说在一个球状星团里。”

这次探测到的引力波事件不仅是人类首次发现对不稳定性质量间隙范围内的黑洞，也是人类首次可靠地探测到100太阳质量以上的黑洞。北京大学的何子山教授说：“我们对于发现这种参与形成超大质量黑洞的‘种子黑洞’已经期待已久了。”

人类探测到的中子星、黑洞或黑洞融合事件。图中每个圆圈表示一个有观测数据支持的黑洞，纵坐标反映分析数据所得出的黑洞质量，圆圈上的竖线表示误差范围。紫色圆圈：电磁波段观测；蓝色圆圈：引力波观测的黑洞融合事件（两个较小的黑洞融合为更大的黑洞，因此每组有三个圆圈被箭头连接）；黄色圆圈：电磁波段观测到的中子星；橙色圆圈：引力波观测的中子星。图的最上方的一组三个黑洞即GW190521融合事件。

LIGO-Virgo / Northwestern U. / Frank Elavsky & Aaron Geller

中等质量黑洞的发现填补了恒星级黑洞和星系级黑洞之间的质量空白。同时发表在《天体物理学杂志快报》的报告称：GW190521证实了中等质量黑洞可以通过两个较低质量的黑洞融合形成，而中等质量黑洞很可能就是超大质量黑洞形成过程中缺失的一环。

然而，Strader指出：黑洞从低质量到高质量逐级融合的假说并不是没有缺陷。据模拟的情形，这些黑洞需要密集地分布在一个区域，这样逐级融合才能发生。他的猜想是GW190521所代表的这类天体和超大质量黑洞的形成关系不大。超大质量黑洞的形成或许需要数量更多的大质量黑洞做‘种子’，又或者是来源于气体吸积。

近期，Jenny E. Greene，Jay Strader和何子山共同撰写了一篇探讨中等质量黑洞的综述。这篇综述也认为目前所有解释中等质量黑洞形成的理论都面临着挑战。Greene说：“我不认为所有中等质量黑洞都是经过同样的过程形成的，但是如果我们观测到了一些例子，仍然可以从中学到重要的原理。”

Van Den Broeck表示，未来的引力波探测器将可能突破目前LIGO和Virgo的频率限制，探测到200～1000倍太阳质量的黑洞。最终，这些观测记录将为我们揭示宇宙历史中中等质量黑洞的诞生与演化过程。

『天文时刻』 牧夫出品

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