科学

最重的黑洞由其他黑洞合并而成,153次并合给出证据

Peter Finch

有些黑洞看上去是由其他黑洞构成的。对以时空涟漪形式探测到的153次碰撞的分析显示,宇宙中最重的黑洞并非在一颗大质量恒星的死亡中铸成,也就是教科书描述的那条路,而是从更早的并合中一步步拼装起来的。如果结论成立,宇宙就在为它最极端的天体运行着某种回收流水线。

证据藏在数字的断点里。把相互碰撞的黑洞按质量排列,在约45倍太阳质量处,这一群体开始变得稀薄。在这条线之下,天体与一颗垂死恒星独自所能产生的相符。线之上则不然,因为坍缩的恒星撞上了一道天花板:该质量区间的恒星会被一种失控的不稳定撕裂,根本来不及留下黑洞。

填补空缺的是第二代,而这些更重的黑洞在自转方式上留下了不同的指纹。由一对共同生死的恒星诞生的黑洞,往往自转步调一致,自转轴大致对齐。线之上的黑洞则转得快、指向四面八方,这是一段混乱历史的签名:黑洞以陌生者的身份相遇,又彼此合并。

这样的历史需要一个拥挤的房间。这些并合可以追溯到致密的星团,那里恒星及其暗弱残骸的堆积密度,最高可达太阳宁静邻域的一百万倍。黑洞沉向中心,配成对,相撞,所得天体留在原地寻找下一个伙伴。每一轮都造出比上一轮更重的天体。

这项分析的团队由卡迪夫大学的Fabio Antonini领衔,成员还有Isobel Romero-Shaw和Fani Dosopoulou,他们并未直接看到这一切。他们使用LIGO、Virgo和KAGRA天文台汇集的可靠引力波探测目录,从信号的形状中读出每次碰撞的质量与自转,检验这153个事件是否分成两个家族。

这种解读带着保留。探测器更容易注意到又重又近的并合,而非又轻又远的,这会让任何统计产生偏差。153个样本要分成子群体仍然偏少,而45倍太阳质量附近的断点是统计上的变薄,并非一堵硬墙。

这正是未来几年的关键所在。探测器的升级与新一轮观测预计会让记录到的碰撞数量成倍增加,使这条线两侧的统计更加清晰。该分析于2026年5月发表于《自然·天文学》,它把一个可供检验的具体主张交给了不断累积的碰撞:最大的那些,从来就不是生来就大。

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