引力波天文台发布了最新的宇宙碰撞目录，使其探测总数达到 90 个。 新的 35 个事件包括有史以来观测到的最轻的中子星，以及两次涉及出乎意料的大黑洞的碰撞。
这些探测来自位于路易斯安那州和华盛顿州的两个激光干涉引力波天文台 (LIGO) 台址，以及位于意大利的姊妹探测器 Virgo。 它们是在 2019 年 11 月 1 日开始的 21 周运行期间记录的，平均探测率为每 4.2 天发生一次事件。 从那时起，合作范围扩大到包括日本的 KAGRA 探测器，该探测器于 2020 年 2 月开始观测。 LIGO-Virgo-KAGRA 合作组织在一篇发布在 arXiv 预印本库的论文中描述了其结果。
引力波是时空结构中的涟漪，当大质量物体加速时产生。 与 LIGO-Virgo 先前报告的探测结果一样，最新的探测结果都归因于成对的致密恒星残骸相互螺旋并合并。 绝大多数事件，包括LIGO 在 2015 年的首次历史性探测，都涉及成对的黑洞，但在少数情况下，其中一个或两个物体是中子星。
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该合作组织最初仅发布了关于高可信度探测的数据，但最新的目录——以及之前的目录，于 2020 年 10 月发布——包括任何比偶然事件更有可能是真正的引力波的探测结果。 该团队估计，目录中最新候选事件中约有 10-15% 是误报，“由仪器噪声波动引起”。
怪物聚会
研究人员可以根据合并产生的波的形状和频率计算所涉及物体的许多特征的详细信息，包括它们的质量以及它们与地球的距离。 最新的 35 个事件的距离从大约 2.45 亿秒差距到超过 22 亿秒差距（8 亿到超过 70 亿光年）不等。
它们包括一些真正的怪物：两个事件涉及质量超过太阳质量 60 倍的黑洞。 对于天体物理学家来说，这些黑洞的存在本身就是有问题的。 通常，黑洞被认为是由一颗非常巨大的恒星在其生命末期坍缩形成的。 但主流理论预测，一些垂死的恒星应该会爆炸而不是坍缩，这应该会在大约 65-120 个太阳质量范围内留下黑洞的匮乏。
LIGO 和 Virgo 在 2019 年 5 月 21 日探测到的一次合并，已在去年的目录中揭示，已经对该假设提出了挑战，因为它涉及一个 85 个太阳质量的黑洞。 既然该团队已经确定了另外两个异常事件，那么早期的事件是侥幸的可能性似乎就降低了。
德国波茨坦马克斯·普朗克引力物理研究所的 LIGO 天体物理学家 Alessandra Buonanno 表示，一种可能的解释是，这些巨大的黑洞可能是早期合并的结果，而不是单颗恒星的坍缩。“我们看到的可能是第二代双星，”她说。
天文台在 2019 年 12 月 19 日发现了另一个有趣的事件，涉及一个质量为太阳质量 30 倍的黑洞吞噬了一个微小的中子星。 它的质量仅为 1.17 个太阳质量，是有史以来已知最轻的中子星之一，也是 LIGO-Virgo 探测到的质量最小的物体。 但 Buonanno 警告说，这是置信度较低的探测之一，因此可能代表背景噪声而不是真实事件。
模式识别
伊利诺伊州芝加哥大学的另一位 LIGO 天体物理学家 Daniel Holz 表示，黑洞合并的大量涌现正变得足够大，研究人员能够看到正在出现的模式。 其中最明显的模式是，黑洞合并往往更频繁地发生在空间和时间上离我们更远的星系中。
结果是，随着宇宙的成熟，黑洞合并变得越来越不常见。“这与理论的预期相符，”Holz 说。 “在宇宙早期，有更多的恒星被创造出来，因此很自然地预期会有更多的黑洞被创造出来，因此也会有更多的黑洞合并。”
LIGO 和 Virgo 于 2020 年 3 月 27 日关闭——由于 COVID-19 大流行，比原计划提前——并且一直在进行重大升级。 它们预计将于 2022 年底重新开放，进行另一次观测运行，与 KAGRA 一起，可能会再次使探测数量翻倍。 研究人员预计，一旦他们有数百个事件进行比较，他们将能够看到指向合并中涉及的双星系统的起源和历史的趋势，以及宇宙本身的历史。“当我们最终完成这一切时，那将是惊人的，”Holz 说。
与此同时，世界各地的天文学家仍然希望 2017 年 8 月发生的两次中子星合并能够重演，这是迄今为止唯一一次也被传统天文台观测到的引力波事件。
本文经许可转载，并于2021 年 11 月 9 日首次发表。