旋轉方向揭開黑洞配對秘密


四年前,在幾十億光年外,兩個巨大黑洞在旋轉中彼此融合,空間和時間產生了短暫的漣漪,物理學家因此第一次發現了重力波。從此以後,科學家彷彿打開了新大門,陸續發現了一系列類似事件。

近日全球重力波探測器網絡的研究人員公佈了至今為止對已發現的五十次類似事件數據的首個統計分析報告。報告顯示黑洞這些大質量恆星崩塌時留下的超強重力場,比科學家預期的更常見,也更奇怪。研究人員還在報告中揭開了一些謎團,比如這些黑洞在合併之前是如何配對。

上述觀測數據部分來自三個稱為干涉儀的大型L形光學儀器,其中兩個屬於激光干涉儀重力波天文台( Laser Interferometry Gravitational-wave Observatory),第三個探測器是意大利比薩附近的室女座干涉儀(VIRGO),於2017年加入了尋找重力波的行列。

探測器對黑洞進行普查的新能力,使研究人員能夠探測合併中的一對黑洞是否指向彼此軌道相同的方向,這是一個能夠說明這對黑洞最初是如何聚集在一起的潛在線索。

如果自旋方向與彼此環繞的軌道方向相同,那麼這對黑洞可能是由一對共同誕生的恆星形成的,它們自然地獲得了相匹配的自旋,並且在坍縮之後仍相伴在一起;如果自旋指向與彼此環繞軌道方向不同,那麼這對黑洞可能是最初分別形成後,以某種方式配對到一起的。目前,上述哪個形成方式佔主導地位仍是研究人員爭論的話題。

特別是,如果一對黑洞的其中一個以與軌道相反的方向旋轉,這對黑洞更有可能來自已經形成黑洞的混合體。但美國西北大學天體物理學家、激光干涉儀重力波天文台成員瑪雅·菲什巴赫(Maya Fishbach)博士後研究員說,很難從單個訊號中確定是否發生了這種情況。

研究人員通過對這些事件的整體分析,梳理出至少有些黑洞合併涉及反向旋轉的證據。 菲什巴赫認為,這一結果反過來證明了黑洞對的形成方式不止一種。

【圖:美國西北大學;文:節錄自科學網頁;新聞訊息由林景明提供;本文根據西北大學2020年10月28日新聞公佈改編】研究刊登在2020年10月28日的 arXiv 論文預印本網站

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