雙黑洞背後有何玄機？中國團隊首次發現第三緻密天體存在跡象

8月1日，宇宙中神秘的雙黑洞系統是如何形成和演化的？其背後究竟有何玄機？這些議題長期以來備受關注，也吸引國際天文學界持續跟蹤研究。

來自中國科學院上海天文臺的最新消息說，該臺韓文標研究員帶領的科研團隊最近在引力波天文學領域取得突破性進展，他們首次發現雙黑洞併合事件可能發生在第三個緻密天體附近。這是國際上首次在雙黑洞併合事件中發現第三緻密天體存在的明確跡象，爲揭開雙黑洞的形成之謎提供了全新線索。

這項重要天文發現研究的相關成果論文，北京時間8月1日凌晨在國際專業學術期刊《天體物理雜誌快報》上發表。

形成黑洞“三人組”系統

研究團隊介紹，自2015年人類首次探測到引力波以來，美國激光干涉儀引力波天文臺(LIGO)-歐洲室女座天文臺(Virgo)-日本神岡引力波探測器(KAGRA)合作組織(LVK)已探測超過100次引力波事件，其中絕大多數來自雙黑洞併合。這些事件爲人類理解雙黑洞併合的物理過程提供了關鍵數據，但目前學術界對雙黑洞如何形成、如何演化的機制還不確定。

2018年，論文通訊作者、中國科學院上海天文臺引力波團組負責人韓文標和合作者首次研究提出，由一個超大質量黑洞抓住一對雙黑洞，形成一個“三人組”，雙黑洞在超大質量黑洞附近“跳舞”，進而輻射多頻段的引力波。

該“三人組”系統隨後在國際上被歐洲空間引力波計劃寫入白皮書，也被中國空間引力波探測計劃列爲獨特波源。從那時起，研究團隊就開始從LVK引力波數據中尋找雙黑洞在超大質量黑洞附近併合的證據。

信號中留下獨特“印記”

在本項研究中，研究團隊經過分析，將目標瞄準編號爲GW190814的引力波事件。

論文第一作者、中國科學院上海天文臺楊舒程博士指出，GW190814引力波事件中的兩個黑洞很不一般，其質量大小相差近10倍。這麼懸殊的組合可能是它們曾和一個超大質量黑洞組成“三人組”，在彼此的引力拉扯下越靠越近；也有人認爲它們誕生在活動星系核的吸積盤裡，被周圍其他緻密天體的引力推搡着慢慢靠近，最終併合。

研究團隊提出，若雙黑洞在第三個緻密天體附近併合，其繞第三個天體的軌道運動會產生視向加速度即沿觀測者視線方向的加速度，這種加速度會通過多普勒效應改變引力波的頻率，在信號中留下獨特“印記”。

爲捕捉這一信號，研究團隊構建了一種包含視向加速度的引力波波形模板，通過貝葉斯推斷方法，對多個高信噪比雙黑洞事件進行分析。結果顯示，對於 GW190814引力波事件，包含視向加速度的模型顯著優於傳統的“孤立雙黑洞”模型。該事視向加速度的研究表明，數據強烈支持“存在視向加速度”的結論。

處於更復雜引力系統

“這是國際上首次在雙黑洞併合事件中發現第三緻密天體存在的明確跡象。這一發現意味着GW190814(引力波事件)的雙黑洞可能並非孤立形成，而是處於一個更復雜的引力系統中，在揭示雙黑洞形成通道方面具有重要價值。”韓文標強調說。

研究團隊表示，隨着下一代地面引力波探測器(如愛因斯坦望遠鏡、宇宙探索者)和空間探測器(如歐洲空間引力波計劃、中國的太極和天琴計劃)投入使用，人類將能更精確地捕捉引力波信號中的細微變化。未來，天文學家可能會發現更多類似 GW190814的引力波事件，幫助人類理解雙黑洞的形成演化機制。

(中國新聞網)