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科学|70亿光年外传来大新闻，8颗太阳质量瞬间消失，后羿射掉的吗？( 七 )


科学|70亿光年外传来大新闻，8颗太阳质量瞬间消失，后羿射掉的吗？
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GW190521事件双黑洞并合的艺术想象图 。 箭头代表黑洞的自旋 ， 网格表明旋转带来的时空度规拖拽效应和向外传播的引力波浪 。 前文提到的若干正在运行的脉冲星计时阵列(PTA)的观测项目 ， 便可借此图夸张地想象：射电脉冲星在引力波扫过时会晃来晃去 。 天文观测者正是想用经过认真选择的多个毫秒脉冲星形成一个巨大的空间阵列 ， 从脉冲信号数据的综合分析中探测出微弱的引力波涟漪背景 。 丨图源：Raúl Rubio/Virgo Valencia Group/The Virgo Collaboration
由于信号很短 ， 研究人员也考虑了其他模型的可能性 。 在天体物理学研究中 ， 一次事件符合多种模型是常见的情况（即理论模型简并） 。 论文中一口气给出了5个不同的可能替代方案 ， 其中包括非零轨道离心率和正面碰撞 ， 并不像以往两个黑洞成圆轨道旋转着并合；强引力透镜效应；原初黑洞并合；宇宙弦信号；核坍缩超新星爆发 。 可惜这些模型的拟合结果均不如双黑洞并合模型来得好 。 美国加州理工学院LIGO项目成员Alan Weinstein教授说：“断言我们发现了新东西的门槛非常高 ， 我们通常使用奥卡姆剃刀原则 ， 简单的解决方案就是最好的解决方案 ， 在这个例子中就是双黑洞并合 。 ”
就在LIGO-Virgo团队刚完成论文时 ， 兹威基瞬变源设施（Zwicky Transient Facility ， 简称“ZTF”）项目组宣称他们发现了该信号候选的电磁对应体——活动星系核的耀斑 。 活动星系核是星系的中心核有剧烈活动的现象 ， 通常推测这里存在超大质量黑洞 ， 黑洞与其吸积盘相互作用吞噬物质时就有可能出现猛烈的电磁爆发 。 他们的团队假设双黑洞并合后产生的引力波将剩余黑洞和周围物质反冲推向了吸积盘 ， 而观测到的电磁信号似符合这一模型 。 目前还不能确定ZTF探测到的电磁爆发与黑洞并合的关联（ZTF搜索了邻近区域60天内的信号 ， 第34天发现了耀斑） ， 但这一想象也足以让天文学家兴奋了 。
如果是双黑洞并合 ， 142倍太阳质量的中等质量黑洞就很容易解释 。 可是 ， 初始的两个黑洞一个正落在黑洞质量缺口之内（85倍太阳质量黑洞） ， 一个处于黑洞质量缺口的下边缘（66倍太阳质量黑洞） ， 那么它们又是怎么形成的呢？
研究人员给出了三种模型：（一）两对双恒星级质量黑洞并合成两个二代黑洞 ， 考虑到这两个二代黑洞要在致密的环境内继续并合 ， 其实这一模型图像也并不简单；（二）年轻星团中的恒星并合 ， 一颗已演化出氦核的恒星与主序伴星碰撞并合成为一个巨星 ， 在进入PI阶段前就坍缩成黑洞；（三）活动星系核吸积盘内黑洞并合 ， 黑洞吸积盘里的物质有助于小型黑洞的成长并合 。 至于最终哪种方案胜出 ， 还有赖于未来更多中等质量黑洞的发现 。
科学|70亿光年外传来大新闻，8颗太阳质量瞬间消失，后羿射掉的吗？
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“宇宙版2048游戏” 。 此图以问号“？”的形式建议两对相对更小的黑洞分别并合先形成66倍太阳质量和85倍太阳质量的黑洞 ， 目的是直接回避大质量恒星演化中由PI造成所谓的黑洞质量禁区 。 然后66倍和85倍太阳质量的双黑洞并合形成142倍太阳质量的黑洞 ， 其中约8倍太阳质量转化为强大的引力波能量向宇宙时空中辐射 ， 最终被遥远地球上的LIGO-Virgo干涉仪探测到 。 丨图源：LIGO/Caltech/MIT/R. Hurt (IPAC)
中等质量黑洞在哪里？
长期以来 ， 天文学家一直没找到中等质量黑洞存在的决定性证据 ， 但在三类天体系统中发现了它们的蛛丝马迹 。
第一类是球状星团（Globular cluster）的中心 。 这类早在数百年前就被人类注意到的呈球状的天体系统 ， 由数万到甚至数百万颗恒星因引力束缚而组成 。 天文学家推测它们可能是死亡星系残留的核心 ， 在强大的引力作用下形成了相当完美的球状结构 。 人们在银河系内就已发现了150余个球状星团 。 基于经验的外推 ， 天文学家一直怀疑其中央非常可能存在几千或几万倍太阳质量的黑洞 。


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