天文學家探測到最極端的“搖擺黑洞” _黑洞

天文學家探測到最極端的“搖擺黑洞”
據cnBeta：卡迪夫大學的天文學家在兩個碰撞的黑洞的軌道上發現了一種奇怪的扭曲運動。這種奇特的現象是愛因斯坦的引力理論所預測的。他們的研究報告稱，這是第一次在黑洞中看到這種被稱為“進動”的效應，其中扭曲的速度比以前的觀測快100億倍。在Mark Hannam教授、Charlie Hoy博士和Jonathan Thompson博士的領導下，這項研究于10月12日發表在《自然》雜志上。
高級LIGO和Virgo探測器在2020年年初通過引力波發現了這個“雙胞胎”黑洞系統。其中一個黑洞的質量估計是我們太陽的40倍左右，可能是通過引力波發現的旋轉最快的黑洞。此外，與之前所有的觀測結果相反，這個快速旋轉的黑洞對空間和時間進行了極大的扭曲，以至于雙星的整個軌道來回晃動。
激光干涉引力波天文臺（簡稱：LIGO）是世界上最大的引力波觀測站。它是一個精密工程的奇跡，由兩個巨大的激光干涉儀組成，相距3000公里。LIGO利用光和空間本身的物理特性來探測和了解引力波的起源。
這種形式的進動是愛因斯坦的廣義相對論所特有的。這些結果證實了它存在于我們可以觀察到的最極端的物理事件中，即兩個黑洞的碰撞。
“我們一直認為二元黑洞可以做到這一點，”卡迪夫大學重力探索研究所的Mark Hannam教授說。“自從第一次探測到引力波以來，我們一直希望能發現一個例子。我們不得不等了五年，等了80多次單獨的探測，但最終我們有了一個！”
一個更貼近現實的早衰例子是陀螺的擺動，它可能每隔幾秒鐘擺動一次。相比之下，廣義相對論中的進動通常是一種微弱的效應，以至于無法察覺。在以前從被稱為“雙胞胎”脈沖星的軌道中子星測得的最快的例子中，軌道需要超過75年的時間才會前行。這項研究中的黑洞雙星，俗稱GW200129（以它被觀測到的日期命名，即2020年1月29日），每秒鐘都會前進數次--這種效應比之前測量的強100億倍。
同樣來自卡迪夫大學的Jonathan Thompson博士解釋說。“這是一個非常棘手的效應，難以識別。引力波極其微弱，要探測它們需要歷史上最敏感的測量儀器。前進是埋藏在已經很弱的信號中的一個更弱的效應，所以我們必須做一個仔細的分析來發現它。”
引力波是由愛因斯坦在1916年預測的。它們在2015年首次被高級LIGO儀器從兩個黑洞的合并中直接探測到，這一突破性的發現導致了2017年的諾貝爾獎。引力波天文學現在是最有活力的科學領域之一，由高級LIGO、Virgo和KAGRA探測器組成的網絡在美國、歐洲和日本運行。到目前為止，已經有超過80個探測結果。所有這些都是合并的黑洞或中子星。
“到目前為止，我們用引力波發現的大多數黑洞都旋轉得相當慢，”Charlie Hoy博士說，他在這項研究中是卡迪夫大學的研究人員，現在是樸茨茅斯大學的研究員。“這個雙星中較大的黑洞，其質量約為太陽的40倍，幾乎以物理上可能的速度旋轉。我們目前關于雙星如何形成的模型表明，這個雙星是極其罕見的，也許是千分之一的事件。或者它可能是一個信號，表明我們的模型需要改變。”
國際引力波探測器網絡目前正在升級，將于2023年開始對宇宙進行下一次搜索。他們有可能再發現數百個黑洞的碰撞。這些新數據將告訴科學家，GW200129是一個罕見的例外，還是一個跡象，表明我們的宇宙比他們想象的還要奇怪。