終于發(fā)現(xiàn)介于較小黑洞和超大黑洞之間的罕見“中等質(zhì)量黑洞”
（神秘的地球uux.cn報道）據(jù)cnBeta：外媒報道，盡管科學(xué)家們最近才能捕捉到黑洞的發(fā)現(xiàn)圖像，但他們對黑洞卻了解得不少。介于較小間上海黃埔（上門服務(wù)）上門一條龍服務(wù)vx《189-4143》提供外圍女上門服務(wù)快速選照片快速安排不收定金面到付款30分鐘可到達(dá)這些密度極高的黑洞和超罕見黑洞天體會吸收任何靠其很近的天體，它們是大黑洞大多數(shù)星系的中心，至少天文學(xué)家是終于中等質(zhì)量這樣認(rèn)為的。另外目前已知的發(fā)現(xiàn)是黑洞有兩種類型：標(biāo)準(zhǔn)版（較小版）的質(zhì)量被認(rèn)為是太陽的5到100倍；另一個版本是超大質(zhì)量版，其質(zhì)量是介于較小間太陽的1000倍以上。
那么介于這兩者之間的黑洞和超罕見黑洞有沒有其他類型的黑洞呢？天學(xué)家們可能終于找到了答案。
“中等質(zhì)量黑洞”已經(jīng)躲避天文學(xué)家很長時間了，大黑洞但他們知道這樣的終于中等質(zhì)量黑洞一定存在于某個地方，事實(shí)證明，發(fā)現(xiàn)找到這樣一個黑洞是介于較小間一個難以置信的挑戰(zhàn)。現(xiàn)在，黑洞和超罕見黑洞研究人員在觀察了數(shù)十億光年之外的大黑洞兩個黑洞合并的同時相信他們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了一個中等質(zhì)量黑洞的誕生。
通過利用地球上三個天文臺的數(shù)據(jù)，研究人員發(fā)現(xiàn)了兩個質(zhì)量分別為地球85倍和66倍的黑洞。相對而言，這兩個黑洞都較小，但在它們合并后則形成了一個介于標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)量和超大質(zhì)量黑洞之間的上海黃埔（上門服務(wù)）上門一條龍服務(wù)vx《189-4143》提供外圍女上門服務(wù)快速選照片快速安排不收定金面到付款30分鐘可到達(dá)黑洞。
這些觀測都是通過引力波進(jìn)行的，而引力波需要耗費(fèi)70億年才到達(dá)地球。這是一段難以置信的距離，所以發(fā)現(xiàn)這一現(xiàn)象的科學(xué)家們顯然感到非常得興奮。
雖然這是足以令人瘋狂的發(fā)現(xiàn)，但現(xiàn)在仍有許多待解的問題，其中最重要的是為什么中等質(zhì)量的黑洞在太空中如此罕見。所謂的“黑洞沙漠”在較小黑洞和超大質(zhì)量黑洞之間是相當(dāng)空的，研究人員想找出其中的原因。有一種理論認(rèn)為，一旦黑洞達(dá)到一定的大小，它們就會開始以更快的速度吞噬更多的物質(zhì)，進(jìn)而很快就會變成超大質(zhì)量黑洞。但就目前而言，這種解釋仍只算是一種有根據(jù)的猜測。
相關(guān)報道：“不可能質(zhì)量”黑洞被發(fā)現(xiàn)，探測到迄今最強(qiáng)引力波源
（神秘的地球uux.cn報道）據(jù)科研圈：引力波探測器LIGO/Virgo發(fā)現(xiàn)了一個142倍太陽質(zhì)量的黑洞，這是天文學(xué)家首次觀測到中等質(zhì)量黑洞，也是目前借助引力波觀測到的最大的黑洞。
這個黑洞由兩個質(zhì)量分別為85倍和65倍太陽質(zhì)量的黑洞合并而成，這也對目前的黑洞形成理論提出了挑戰(zhàn)，因?yàn)槔碚擃A(yù)測85倍太陽質(zhì)量的黑洞是不可能存在的。
相關(guān)研究今日在《物理評論快報》（Physical Review Letters）和《天體物理學(xué)期刊通訊》（Astrophysical Journal Letters）發(fā)表，這一發(fā)現(xiàn)將幫助我們更好地認(rèn)識位于一些星系中央的超大質(zhì)量黑洞。
看似空曠無垠的宇宙中，其實(shí)充滿了引力波弦音一般的回響。引力波由極端天文物理現(xiàn)象產(chǎn)生，在時空中激起圈圈漣漪，就像宇宙中的鈴鐺將聲音傳播出去一樣。這一次，研究人員聽到了一聲巨響。
這次事件是使用引力波觀測到的規(guī)模最大的黑洞合并事件，其形成的142倍太陽質(zhì)量黑洞也是第一個被清晰探測到的中等質(zhì)量黑洞（即質(zhì)量為太陽質(zhì)量的100倍至1000倍的黑洞）。這個黑洞由兩個質(zhì)量分別為85倍和65倍太陽質(zhì)量的黑洞合并而成，這也對目前的黑洞形成理論提出了挑戰(zhàn)：根據(jù)目前理論，85倍太陽質(zhì)量的黑洞不可能存在。
這個引力波信號于2019年5月21日分別被位于美國的激光干涉引力波天文臺（LIGO）和位于意大利的Virgo干涉儀探測到，因此研究人員將其命名為GW190521。
今日，LIGO和Virgo科學(xué)家團(tuán)隊(duì)在國際期刊上發(fā)表兩篇論文，報告對該信號對研究成果。一篇發(fā)表于《物理評論快報》（Physical Review Letters），詳細(xì)敘述了引力波信號的發(fā)現(xiàn)過程；另一篇發(fā)表于《天體物理學(xué)期刊通訊》（The Astrophysical Journal Letters）上，討論了信號的物理性質(zhì)和天文物理學(xué)意義。
令人疑惑的質(zhì)量空缺
此前，天體物理學(xué)家觀測到的所有黑洞可以分為兩類：恒星級黑洞和超大質(zhì)量黑洞。恒星級黑洞質(zhì)量為太陽質(zhì)量的幾倍至幾十倍，一般認(rèn)為是質(zhì)量大的恒星死去后形成的；而超大質(zhì)量黑洞的質(zhì)量達(dá)到太陽的幾百倍、幾千倍甚至數(shù)十億倍，在銀河系的中心就存在一個這樣的黑洞。然而，釋放這一引力波信號的最終黑洞質(zhì)量為太陽質(zhì)量的142倍，處在恒星級黑洞和超大質(zhì)量黑洞之間。
根據(jù)恒星演化物理，恒星的核中的光子和氣體產(chǎn)生向外的壓力，平衡了促使橫行物質(zhì)向內(nèi)的重力，從而保持穩(wěn)定狀態(tài)，例如太陽。而當(dāng)恒星內(nèi)部的重元素原子（例如鐵）發(fā)生聚變后，它將無法產(chǎn)生能夠支撐外層的壓力。而當(dāng)向外的壓力小于重力時，恒星會在自身重量的作用下坍塌，發(fā)生核坍縮超新星爆炸（core-collapse supernova），進(jìn)而形成黑洞。
這個過程可以解釋130倍太陽質(zhì)量的恒星如何形成最高為65倍太陽質(zhì)量的黑洞。但對于更重的恒星來說，對不穩(wěn)定性（pair instability）現(xiàn)象也是要考慮的因素。當(dāng)恒星核中的光子能量極高時，它們會形成電子和反電子對。這些正反電子對產(chǎn)生的壓力比光子小，使得恒星更不穩(wěn)定，更容易發(fā)生引力坍縮，進(jìn)而產(chǎn)生足以摧毀一切的劇烈爆炸。即便是質(zhì)量更大的恒星，比如200倍太陽質(zhì)量，最終也會坍縮成為至少為太陽質(zhì)量120倍的黑洞。因此，坍縮的恒星不會產(chǎn)生質(zhì)量在太陽質(zhì)量65倍至120倍之間的黑洞，這個范圍稱為對不穩(wěn)定性空缺（pair instability mass gap）。
但是現(xiàn)在，發(fā)出GW190521引力波信號的兩個黑洞里較重的一個質(zhì)量為太陽質(zhì)量的85倍，是目前為止探測到的第一個質(zhì)量落在這一區(qū)間的黑洞。
Virgo成員、來自法國國家科學(xué)研究中心（CNRS）的研究員Nelson  Christensen表示：“我們觀察到了質(zhì)量落在這個區(qū)間的黑洞，這個事實(shí)足以使很多天文物理學(xué)家抓耳撓腮，嘗試去研究這些黑洞的起源。”
一種可能性是第二篇文章提到的分級合并（hierarchical merger）：在相互接近并發(fā)生合并之前，兩個原始黑洞分別由更小的兩個黑洞合并而成。
“這個天文物理事件引發(fā)的疑問比它回答的問題要多，”加州理工學(xué)院物理學(xué)教授、LIGO成員Alan Weinstein說，“從探索和物理學(xué)的角度看，這是件令人激動的事。”
強(qiáng)大的信號
此信號持續(xù)時間極短，還不足0.1秒。研究人員推測，GW190521引力波信號來自距地球5吉秒差距（gigaparsec）外的星系，反映了宇宙年齡相當(dāng)于目前一半時的狀態(tài)，經(jīng)歷了70億年的旅程才抵達(dá)地球。這也是目前探測到的最遙遠(yuǎn)的引力波源。
至于信號的來源，科學(xué)家根據(jù)先進(jìn)的計算建模工具，推測GW190521最有可能是具有特殊性質(zhì)的雙黑洞合并時產(chǎn)生的信號。目前為止，幾乎所有確認(rèn)的引力波信號均來自于雙星合并，包括雙黑洞合并和雙中子星合并。
LIGO-Virgo團(tuán)隊(duì)還分別測量了這兩個黑洞的自轉(zhuǎn)情況，發(fā)現(xiàn)隨著黑洞旋轉(zhuǎn)著相互靠近，它們各自的自轉(zhuǎn)軸可能會偏離軌道的軸向。當(dāng)這兩個龐然大物不斷旋轉(zhuǎn)著相互靠近時，軸的錯位會導(dǎo)致它們的軌道搖擺不定，或者說發(fā)生進(jìn)動。
這次合并產(chǎn)生了一個質(zhì)量更大的黑洞，質(zhì)量約為太陽的142倍，可以以引力波的形式向宇宙釋放出相當(dāng)于太陽質(zhì)量8倍的巨大能量。Christensen表示：“這和我們通常探測到的啁啾聲一般的信號不一樣。”和LIGO于2015年第一次探測到的引力波對比，“這個信號如同一聲巨響，是LIGO和Virgo目前為止發(fā)現(xiàn)的最強(qiáng)大的信號源。”
“意料之外”
LIGO項(xiàng)目由美國國家科學(xué)基金會（NSF）資助，其裝置由一對長4千米的干涉儀構(gòu)成。“LIGO再次給我們帶來了驚喜。不僅僅是因?yàn)樗綔y到了尺寸難以解釋的黑洞，更因?yàn)樗玫募夹g(shù)并不是特意為研究星系合并而設(shè)計的，” NSF引力物理項(xiàng)目主任Pedro Marronetti評價道，“這點(diǎn)意義重大，它向我們展示了儀器具有探測到來自人類未預(yù)見的天文物理事件信號的能力。LIGO告訴我們它可以觀測我們意想不到的現(xiàn)象。”
當(dāng)LIGO和Virgo  探測器探測穿過地球的引力波信號時，自動搜索程序會梳理輸入數(shù)據(jù)，尋找研究人員感興趣的信號。搜索方法有兩種：一是用算法尋找可能由兩個致密星體構(gòu)成的系統(tǒng)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)模式，二是更普遍的“突發(fā)搜索”（burst searches），尋找一切異常的信號。
LIGO成員、麻省理工學(xué)院（MIT）物理學(xué)助理教授Salvatore Vitale 把尋找特定模式的算法比喻成“用梳子穿過數(shù)據(jù)，總會捕捉到一些特定形狀的東西”，而突發(fā)搜索是一種更加通用的方法。
在GW190521信號的發(fā)現(xiàn)中，正是第二種方法挑選出了更清晰一點(diǎn)的信號，發(fā)現(xiàn)這種引力波來自除雙星合并以外其他來源的可能性很小。
“斷言我們發(fā)現(xiàn)新東西的門檻很高，”Weinstein表示，“我們一貫遵循奧卡姆剃刀原則：解釋越簡單越好，就GW190521信號而言，最好的解釋便是雙黑洞（合并）。”
但是，如果這次的引力波信號來自于一個全新的天體呢？這是個令人著迷的前景，在發(fā)表的文章中，科學(xué)家們也簡短地考慮了其他可能的引力波源。比如它可能是由銀河系的某顆正在坍塌的恒星發(fā)出的，或者來自宇宙早期產(chǎn)生的弦。不過這些假說對數(shù)據(jù)的吻合度并不如雙黑洞合并假說。
“自從LIGO投入使用以來，所有可信度高的觀測均為黑洞或中子星的碰撞。” Weinstein還表示，“在這個現(xiàn)象中，我們的分析表明它有可能不是一次這樣的碰撞。盡管這一現(xiàn)象與具有獨(dú)特質(zhì)量的雙黑洞合并事件相一致，其他解釋不被看好，它仍使我們增強(qiáng)了自信。這是件令人興奮的事。因?yàn)槲覀兌计诖业叫率挛铮释l(fā)現(xiàn)意料之外的現(xiàn)象來對我們已有的知識提出挑戰(zhàn)。而這個天文發(fā)現(xiàn)就做到了這點(diǎn)。”