看似不可能的黑洞合并,可能只是引力透镜制造的假象

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「观察视角」

围绕事件本身、节奏变化与潜在影响展开。

两个超大质量黑洞的并合,曾被认为违背现有恒星演化理论。但一项新研究提出, 这场“不可能”的碰撞或许只是引力透镜效应制造的错觉——黑洞的真实质量, 比人类此前认为的要小得多。

2023 年 11 月 23 日,激光干涉引力波天文台 (LIGO) 捕捉到一次黑洞并合产生的时空涟漪, 编号为 GW231123。最初的解读结果令人震惊: 一个 140 倍太阳质量的黑洞与一个 100 倍太阳质量的黑洞发生了碰撞, 且两者自转速度看起来极高。

问题在于,现有恒星演化模型很难解释如此巨大黑洞的形成机制 。科学家一直在寻找这类特殊双黑洞系统的成因, 而新研究团队给出了一个更巧妙的答案—— 它们或许根本没有那么大。

引力透镜效应源于广义相对论: 有质量的物体会扭曲时空,当背景天体发出的光线经过前方大质量天体附近时, 路径会发生偏折, 不同路径的光线在不同时间抵达地球, 从而放大背景天体的亮度。天文学家早已利用这一效应观测遥远星系。

研究团队认为,引力波同样会被透镜效应影响。GW231123 信号可能就是被某个大质量天体偏折、放大的时空涟漪, 导致黑洞看起来比真实质量更大。阿尔伯特·爱因斯坦研究所的米格尔·苏马拉卡雷吉指出, 引力波的衍射与干涉效应, 为识别这类经过透镜处理的信号提供了额外手段。

为验证猜想,团队搭建了引力透镜数学模型, 并开发了高性能分析软件。参与研究的斯拉什蒂·戈亚尔表示, 如果假设信号被一个质量约 190 至 850 倍太阳质量的致密天体或球状星团偏折, 就能解释观测到的“超大质量”结果, 而且无需假设黑洞拥有极高自转。

重新模拟后,发生并合的系统总质量为140 倍太阳质量, 而非最初估算的 240 倍。不过, 究竟是哪个天体充当了透镜, 目前仍是谜团。苏马拉卡雷吉坦言, 质量介于 100 至 1000 倍太阳质量的独立致密透镜天体本身就极为罕见, 后续研究需确认其能否形成, 或能否用大量轻质天体的集合体来解释。