一次破紀錄的黑洞碰撞以其規模和速度震驚了科學家們。此次事件由 LIGO-Virgo-KAGRA 天文臺探測到，兩個巨大的黑洞——每個黑洞的質量都超過太陽的 100 倍——合并成一個旋轉的宇宙巨星。最終結果是一個質量超過太陽 225 倍的黑洞，其旋轉速度接近物理極限。這一發現不僅打破了此前的黑洞尺寸記錄，也顛覆了我們對黑洞形成機制的認知。

兩個巨大的黑洞在深空相撞，形成了一個顛覆現有理論的終極巨獸。科學家稱，這是迄今為止探測到的質量最大、旋轉速度最快的合并事件

LIGO-Virgo-KAGRA（LVK）合作組取得了突破性發現，探測到有史以來利用引力波記錄到的質量最大的黑洞合并。此次探測得益于美國國家科學基金會（NSF）資助的位于漢福德和利文斯頓的LIGO天文臺。合并后形成的黑洞質量是太陽的225倍以上。該信號編號為GW231123，是在LVK網絡于2023年11月23日進行的第四次觀測活動（O4）中捕獲的。

此次合并的兩個黑洞的質量估計分別為太陽的100倍和140倍。它們不僅尺寸巨大，而且旋轉速度極快。這種組合使得信號分析異常困難，也表明這些黑洞的起源可能異常復雜。

引力波是由高能宇宙事件（例如黑洞或中子星等大質量天體的碰撞）在時空中產生的微小漣漪。這些波以光速從源頭向外傳播，沿途拉伸和擠壓空間。盡管到達地球時引力波極其微弱，但它們卻攜帶著關于產生它們的天體的性質、運動和結構的寶貴信息，為觀察宇宙提供了一種獨特的方式，超越了光能所能揭示的范圍。

“這是我們通過引力波觀測到的質量最大的雙黑洞，它對我們理解黑洞的形成方式提出了真正的挑戰，”卡迪夫大學教授、LIGO科學合作項目成員馬克·漢納姆說道。“如此巨大的黑洞在標準的恒星演化模型中是被禁止的。一種可能性是，這顆雙黑洞中的兩個黑洞是由早期較小黑洞的合并形成的。”

科學家目前已通過引力波觀測到約300次黑洞合并，其中包括當前O4觀測中發現的新候選黑洞合并。在GW231123之前，已確認的最大黑洞雙星與GW190521事件相關，該事件的總質量明顯較低，“僅為”太陽質量的140倍。

突破檢測界限

GW231123中黑洞的高質量和極快的自轉速度，突破了引力波探測技術和現有理論模型的極限。要從信號中提取精確信息，需要使用能夠解釋高速自轉黑洞復雜動力學的理論模型。

樸茨茅斯大學的查理·霍伊博士解釋說：“黑洞似乎旋轉得非常快——接近愛因斯坦廣義相對論所允許的極限。這使得信號難以建模和解釋。這是一個推動我們理論工具發展的絕佳案例研究。”

研究人員正在持續完善分析，改進用于解釋此類極端事件的模型。“學術界需要數年時間才能完全解開這種復雜的信號模式及其所有含義，”伯明翰大學助理教授格雷戈里奧·卡魯洛博士表示。“盡管最可能的解釋仍然是黑洞合并，但更復雜的場景可能是解讀其意外特征的關鍵。激動人心的時刻即將到來！”

引力波天文學進入新時代

美國的 LIGO、意大利的 Virgo 和日本的 KAGRA 等引力波探測器旨在測量由黑洞合并等劇烈宇宙事件引起的時空微小扭曲。第四次觀測運行于 2023 年 5 月開始，第一階段（截至 2024 年 1 月）的觀測結果將于今年夏季晚些時候發布。

加州理工學院博士后研究員索菲·比尼博士表示：“這次事件將我們的儀器和數據分析能力推向了目前的極限。這是一個有力的例子，表明我們可以從引力波天文學中學到多少東西，以及還有多少東西有待探索。”

編譯自/scitechdaily