近日,引力波观测站发布了最新的天体碰撞事件目录。新发现的35次事件包括与史上最轻中子星相关的事件,以及两次巨大黑洞的碰撞。

从2019年11月1日起,美国激光干涉引力波天文台(LIGO)以及意大利的处女座引力波探测器(Virgo)开始了为期21周的观测,此后,与日本的KAGRA引力波探测器展开相关合作,该探测器于2020年2月开始观测。日前,科学家在arXiv预印本网站公布了最新的合作观测成果。

引力波是时空结构中的涟漪,在大质量物体加速时产生。最新的探测结果与LIGO-Virgo之前报道的探测结果一样,相关事件都是由一对致密恒星残骸螺旋合并而成。绝大多数情况下(包括LIGO2015年的首次历史性探测),合并事件涉及成对的黑洞,但在少数情况下,其中一个或两个物体是中子星。

该合作项目最初只发布了高可信度的探测数据,但最新的目录(以及2020年10月发布的前一份目录)包括了所有可能的数据。该团队估计,目录中大约10%~15%的最新候选信号是“由仪器噪声波动引起”的假警报。

根据合并产生的波的形状和频率,研究人员可以计算出相关物体的许多特征细节,包括它们的质量及其与地球的距离。最近35次事件距地球从2.45亿~22亿秒差距(8亿到70多亿光年)不等。其中两个事件涉及质量超过太阳60倍的黑洞。对于天体物理学家而言,这些黑洞的存在本身就是个问题。一般来说,黑洞被认为是由一颗大质量恒星在生命末期坍缩形成的。

但主流理论预测,一些即将死亡的恒星应该爆炸而不是坍缩,这导致大约65~120倍太阳质量黑洞数量的减少。

去年发布的观测结果披露了LIGO和Virgo于2019年5月21日捕捉到的一次合并,这次合并已经挑战了这一假设,因为它涉及一个85倍太阳质量的黑洞。研究小组此次又确认了两个异常事件,由此看来,先前的那次事件似乎不是偶然事件。

德国马普学会引力物理研究所的LIGO天体物理学家Alessandra Buonanno说,一种可能的解释是,这些巨大的黑洞可能是早期合并的结果,而不是源于单个恒星的坍缩。“我们看到的可能是第二代二元结构。”她说。

2019年年底,研究人员发现了另一个有趣的事件,一个质量是太阳30倍的黑洞吞噬了一颗微小的中子星。后者的质量只有太阳的1.17倍,是已知最轻的中子星之一,也是LIGO-Virgo探测到的质量最低的物体。但Buonanno说,这是一个可信度较低的探测,因此可能代表的是背景噪声,而不是真正的事件。

另一位LIGO天体物理学家、芝加哥大学的Daniel Holz说,黑洞合并的次数已经足够让研究人员看清其大致模式。其中最明显的是,黑洞合并往往发生在离地球更远的星系中。

澳大利亚国立大学引力天体物理学中心教授Susan Scott说,该新发现是“我们在解开宇宙进化秘密的探索中向前迈出的一大步”。

LIGO和Virgo于2020年3月27日关闭并进行升级。预计2022年底,它们将重新开放。(文乐乐)

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