激光干涉重力波天文台（Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory，簡稱 LIGO）的科學家第三度偵測到了雙黑洞合併時所產生的重力波！更特別的是，這一次重力波訊號裡有著小小的漣漪，讓科學家得以推測出這兩個黑洞的另一項重要特徵，也就是黑洞自轉的方向！這將有助於解開雙黑洞形成的機制。
早在2015年，LIGO便偵測到兩起重力波事件：一次是在9月的時候，由兩個各約30倍太陽質量的黑洞合併而來。另一次則是在12月的時候，由兩個較輕的黑洞（分別為十四倍與八倍太陽質量）合併時產生。偵測到重力波當然讓科學家非常興奮，但卻也讓理論學家困惑不已：雙黑洞要非常靠近才會合併，那麼如此近的成對黑洞又是如何產生的呢？
首先讓我們來回顧一下單一黑洞是怎麼產生的。黑洞是巨質量恆星演化到最後的產物。當恆星中心的氫燃燒完之後，外層便會開始膨脹變成巨星。在數億年之後，巨星核心的核融合反應所產生的熱壓力無法抵抗重力，這時巨星就會開始塌縮變成黑洞，同時伴隨著超新星爆發。
至於成對黑洞，科學家們想出了兩種可能的形成機制。第一種是成對黑洞來自來自巨質量雙星系統，然後兩顆巨質量恆星一前一後演化為黑洞。在這樣的情況下，當一顆恆星已成為黑洞，而另一顆恆星還在巨星階段時，巨星膨脹的外層會被黑洞吸積，最後由黑洞與巨星共享。共享的外層會產生摩擦力，讓黑洞與巨星越繞越近。等到巨星也演化成黑洞時，便形成兩個非常靠近的黑洞了。在這個機制底下，兩個黑洞自轉的方向皆與公轉的方向一致。
另一種機制則是在星團中的多體作用：一個由黑洞與恆星組成的雙星系統碰巧經過另一個單獨的黑洞，三者重力互相影響。最輕的物體（恆星）受到的影響最大，因此被甩出。而兩個黑洞開始彼此互繞，但距離還很遠，不足以產生合併。在星團中，雙黑洞每經過一次其它恆星，便會再一次多體作用。在甩出較輕的恆星時，雙黑洞也會損失動量，因此越靠越近，最後開始合併。在這個機制底下，產生的雙黑洞可以有各種各樣的自轉方向。
前兩次的重力波訊號不足以讓科學家推測黑洞自轉的資訊，但是在今年1月時，由兩個分別為三十一倍與十九倍太陽質量黑洞所產生的重力波，讓科學家們得以首度偵測到這兩個黑洞自轉的資訊：這兩個黑洞自轉的方向並不同，而且有八成的機率是完全相反的方向，因此很有可能是由多體作用而來！
但目前僅有這一次偵測，樣本數還太少，不足以下最後的結論。LIGO的科學家還需要觀測更多的重力波事件。而在今年8月後，LIGO將會暫停十二至十八個月的時間進行硬體升級，屆時儀器的靈敏度將會大幅提高，提供我們更詳細的重力波觀測。
【圖、文：節錄自台北天文館之網路天文館網頁】
