這次強(qiáng)大的合并事件代號(hào)為GW231123，產(chǎn)生了一個(gè)質(zhì)量約為太陽(yáng)225倍的超大質(zhì)量黑洞。

引力波 —— 由劇烈宇宙事件引發(fā)的時(shí)空漣漪 —— 以光速向各個(gè)方向傳播，最終會(huì)像水中的漣漪一樣逐漸消失。但有些事件極具破壞性和極端性，它們?cè)跁r(shí)空中產(chǎn)生的擾動(dòng)更像是強(qiáng)大的波浪而非微小的漣漪，其能量足以到達(dá)我們地球上的探測(cè)器。

今天，LIGO合作組織宣布探測(cè)到了迄今為止已知最龐大的黑洞合并事件。這次合并的最終產(chǎn)物是一個(gè)質(zhì)量超過(guò)太陽(yáng)225倍的巨型黑洞。這個(gè)代號(hào)為GW231123的信號(hào)在許多方面與已知的恒星演化模型相矛盾，令物理學(xué)家們急于弄清楚這樣的合并究竟是如何發(fā)生的。

LIGO，即激光干涉引力波天文臺(tái)，在2015年通過(guò)首次探測(cè)到引力波（捕捉到兩個(gè)碰撞黑洞產(chǎn)生的宇宙回響）而創(chuàng)造了物理學(xué)歷史。自那次獲得諾貝爾獎(jiǎng)的發(fā)現(xiàn)以來(lái)，LIGO合作組織（一個(gè)由LIGO以及分別位于意大利和日本的Virgo和KAGRA組成的國(guó)際合作伙伴）持續(xù)對(duì)銀河系進(jìn)行著細(xì)致的監(jiān)測(cè)。該合作組織已探測(cè)到眾多來(lái)自中子星、超新星的信號(hào)，以及大約300次黑洞合并事件。

但是，于2023年11月23日首次觀測(cè)到的GW231123，似乎是一次前所未有的巨獸級(jí)黑洞合并。兩個(gè)質(zhì)量分別為太陽(yáng)137倍和103倍的巨大黑洞，盡管其合并總質(zhì)量極其巨大，卻成功地結(jié)合在了一起。它們以地球自轉(zhuǎn)速度的40萬(wàn)倍旋轉(zhuǎn)，形成了一個(gè)更大的黑洞。為了理解其大小，此前此類合并事件的紀(jì)錄保持者GW190521的質(zhì)量約為太陽(yáng)的140倍。

“這是我們通過(guò)引力波觀測(cè)到的最龐大的黑洞雙星系統(tǒng)，它對(duì)我們理解黑洞的形成提出了真正的挑戰(zhàn)。”卡迪夫大學(xué)物理學(xué)家、LIGO成員馬克·漢納姆（Mark Hannam）在一份聲明中表示。考慮到黑洞環(huán)境中引力作用的混亂本質(zhì)（存在各種推拉作用），這次合并能夠如此穩(wěn)定，以至于產(chǎn)生的引力波能到達(dá)LIGO并被其探測(cè)到（信號(hào)持續(xù)時(shí)間為0.1秒），實(shí)屬難得。漢納姆指出，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)的演化模型，這樣的事件本應(yīng)是“被禁止的”。

“一種可能性是，這個(gè)雙星系統(tǒng)中的兩個(gè)黑洞是由更小的黑洞早期合并形成的。”他推測(cè)道，“這是我們通過(guò)引力波觀測(cè)到的最龐大的黑洞雙星系統(tǒng)，它對(duì)我們理解黑洞的形成提出了真正的挑戰(zhàn)。”

“這些黑洞似乎旋轉(zhuǎn)得非常快 —— 接近愛(ài)因斯坦廣義相對(duì)論理論所允許的極限，”英格蘭樸茨茅斯大學(xué)物理學(xué)家、LIGO成員查理·霍伊（Charlie Hoy）在同一份新聞稿中解釋道，“這使得該信號(hào)難以建模和解讀。這是一個(gè)推動(dòng)我們理論工具發(fā)展的絕佳案例研究。”

科學(xué)家們將于下周在英國(guó)格拉斯哥聯(lián)合舉行的第24屆廣義相對(duì)論與引力國(guó)際會(huì)議（GR24）暨第16屆愛(ài)德華多·阿馬爾迪引力波會(huì)議（GR-Amaldi會(huì)議）上公布他們關(guān)于GW231123的研究成果。此后，相關(guān)數(shù)據(jù)將公開(kāi)接受公眾審查，從而拉開(kāi)破解GW231123之謎的競(jìng)賽序幕 —— 盡管我們不太可能在短期內(nèi)獲得明確的答案。

“科學(xué)界需要數(shù)年時(shí)間才能完全解開(kāi)這個(gè)復(fù)雜信號(hào)模式及其所有蘊(yùn)含的意義，”同樣來(lái)自英格蘭伯明翰大學(xué)、身為L(zhǎng)IGO成員的物理學(xué)家格雷戈里奧·卡魯略（Gregorio Carullo）補(bǔ)充道，“盡管最可能的解釋仍然是黑洞合并，但更復(fù)雜的場(chǎng)景可能是解讀其意外特征的關(guān)鍵。激動(dòng)人心的時(shí)刻就在前方！”

物理學(xué)家們?cè)缭?9世紀(jì)末就首次構(gòu)想出了引力波的概念，但這個(gè)想法因阿爾伯特·愛(ài)因斯坦而廣為人知。作為少數(shù)幾種不需要光就能“看見(jiàn)”宇宙現(xiàn)象的觀測(cè)方法之一，引力波在幫助人類揭開(kāi)黑洞、古老恒星乃至暗物質(zhì)等諸多神秘面紗方面，其潛力是無(wú)與倫比的。因此，確實(shí) —— 激動(dòng)人心的時(shí)刻就在前方！

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