发现两个黑洞正在合并：产生高次谐波引力波，验证了广义相对论！

科学家们观察到看起来像是一个膨胀黑洞与一个更普通的黑洞纠缠在一起。包括马里兰大学物理学家在内的研究小组探测到两个黑洞正在合并，但其中一个黑洞的质量，是在黑洞碰撞中观察到黑洞的1.5倍。研究人员认为，这两个黑洞中较重的一个黑洞，可能是两个黑洞之前合并的结果。这种类型的黑洞分层组合在过去一直被假设，但标记为GW190521观察到的事件，将是这种黑洞的第一个证据。

激光干涉仪引力波天文台(LIGO)科学合作(LSC)和室女座引力波天文台的研究成果，现在在发表在《物理评论快报》和《天体物理学》期刊上的研究论文中宣布了这一发现。科学家们通过探测在黑洞合并最后时刻产生的引力波，来识别合并的黑洞。LIGO探测器和处女座探测器探测到了来自GW190521的引力波。马里兰大学物理学教授、LSC首席研究员、LSC观测科学协调员彼得·肖恩说：这两个黑洞中较大黑洞的质量，使其进入了常规天体物理过程中意想不到的范围。

它似乎太大了，不可能是由坍塌的恒星形成，而坍塌的恒星通常就是黑洞的来源。合并对中较大黑洞的质量是太阳的85倍，新研究提出的一种可能情况是：较大天体可能是之前黑洞合并的结果，而不是一颗坍塌的恒星。根据目前的理解，可以产生质量比太阳大65到135倍黑洞的恒星在死亡时不会坍塌。因此，研究预计它们不会形成黑洞。马里兰大学教授、LSC首席研究员亚历山德拉·布南诺(Alessandra Buonanno)说：

从一开始，这个只有十分之一秒长的信号就对我们确定其来源提出了挑战。但是，尽管持续时间很短，还是能够像爱因斯坦广义相对论预测的那样，将信号与预期的黑洞合并相匹配，而且意识到，这是我们第一次目睹了一个中等质量黑洞的诞生，这个黑洞的母体很可能是从较早的双星合并中诞生。GW190521是新发现的三个引力波之一，这些发现挑战了目前对黑洞的理解，并允许科学家以新的方式测试爱因斯坦的广义相对论。

验证广义相对论的新方式

另外两个事件包括首次观察到的两个质量明显不等的黑洞的合并，以及黑洞和神秘物体的合并，这可能是迄今为止观察到的最小黑洞或最大中子星。我们不仅对一般黑洞有了更多的了解，而且由于这些新的性质，能够看到这些致密天体周围的引力效应，这是我们以前从未见过的，这给了科学家一个以新方式测试广义相对论的机会。例如，广义相对论预测，质量明显不等的双星系统，将产生高次谐波的引力波，这正是科学家们首次能够观察到的。

高次谐波就像音乐家演奏相同乐器的音乐二重奏与不同乐器之间的声音差异。双星的子结构和复杂性越高（例如黑洞的质量或自旋不同）发射的辐射光谱就越丰富，这些性质扩展了我们可以学习的天体物理学知识。

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博科园｜研究/来自：马里兰大学

参考期刊《物理评论快报》《天体物理学》

DOI: 10.1103/PhysRevLett.125.101102

DOI: 10.3847/2041-8213/aba493

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