原创科学家刚刚发现宇宙如何形成巨型黑洞_生活快讯

创始人

2026-05-12 14:29:07

研究引力波的天文学家发现了证据，表明宇宙中最大的黑洞可能通过反复碰撞生长，而非直接由恒星坍缩形成。

宇宙中最大的黑洞可能是通过密集星团深处的一系列剧烈合并形成的。

据卡迪夫大学主导的新研究显示，通过引力波探测到的最大黑洞可能并非直接由恒星坍缩形成。相反，科学家表示这些巨大天体很可能是在极度密集的星团内部通过反复的黑洞碰撞形成的。

国际团队研究了LIGO–Virgo–KAGRA引力波瞬变目录（GWTC4）的4.0版本，该目录包含153个高度确信的黑洞合并探测结果。

研究人员调查了目录中最重的黑洞是否可能是第二代黑洞。这些天体是在早期黑洞合并后形成的，随后在致密星团内部再次合并——在致密星团中，恒星的密集程度可达太阳周围区域的一百万倍。

发表在《自然天文学》上的研究结果表明，通过引力波观测到的质量最大的黑洞属于一个独特的群体，其形成源于反复合并而非普通的恒星坍缩。

大约28000光年之外，球状星团M80是由引力束缚在一起的数十万颗恒星的家园。像这样拥挤的环境有助于通过连续合并推动黑洞的成长。图片来源：NASA、ESA、STScI以及佛罗里达大学的A.Sarajedini

引力波揭示巨型黑洞如何成长

引力波天文学如今所做的已不仅仅是统计黑洞合并事件，卡迪夫大学物理与天文学院的第一作者法比奥安东尼尼博士解释道。

它正开始揭示黑洞如何成长、在哪里成长，以及这告诉我们关于大质量恒星的生和死的信息。这很令人兴奋，因为我们可以利用这些信息来检验我们对宇宙中恒星和星团如何演化的理解。

一类低质量群体，其特征与普通恒星坍缩相符；一类高质量群体，其自旋特征与致密星团中分层合并所预期的完全一致

科学家表示，较重黑洞的自旋模式为它们通过反复碰撞形成这一观点提供了尤为有力的证据。

最让我们惊讶的是，大质量黑洞作为一个独立群体是如此明显，该研究的合著者、卡迪夫大学欧内斯特卢瑟福研究员伊索贝尔罗梅罗肖博士回忆道。

与我们分析过的低质量系统（通常自旋缓慢）不同，高质量系统的自旋速度似乎更快，且方向看似随机。这正是你预期在密集星团中黑洞反复合并时会出现的特征。

这使得星团起源的说服力比早期星表中的情况要强得多。

黑洞质量间隙的证据愈发充分

这项研究还提供了迄今为止关于天体物理学家预测的神秘质量间隙的最有力证据。根据这一长期存在的理论，超大质量恒星在坍缩成黑洞之前，应该会发生剧烈爆炸并自我毁灭。

因此，应该存在一个恒星无法直接产生的黑洞质量禁区。

研究人员在质量约为太阳45倍的黑洞中发现了这种转变。

安东尼尼博士表示：在我们的研究中，我们发现了长期预测的对不稳定性质量间隙的证据——这是一个预计恒星完全不会留下黑洞的质量范围。引力波探测器已成功发现了似乎位于该间隙内或附近的黑洞，我们将该间隙确定在约45个太阳质量左右。

那么，现在的关键问题是，这些黑洞是在告诉我们恒星演化模型有误，还是它们是通过另一种方式形成的？

当前样本中最大的黑洞似乎在告诉我们关于星团动力学的信息，而不仅仅是恒星演化。

在大约45个太阳质量以上，自旋分布的变化方式很难仅用普通恒星双星来解释，但如果这些黑洞已经在致密星团中经历过早期合并，就能自然解释这一现象。

黑洞发现可能有助于研究恒星核反应

该团队还利用质量间隙附近的转变来研究大质量恒星内部氦燃烧所涉及的一个关键核反应。

研究人员表示，未来的引力波观测可能会为核物理提供有价值的见解，因为电子对不稳定性质量极限取决于恒星核心深处发生的反应。

未来，引力波数据可能帮助科学家研究核物理，因为由成对不稳定性设定的质量极限取决于大质量恒星核心发生的核反应，卡迪夫大学的研究助理、合著者法尼多索普洛博士补充道。