引力波天文学家首次探测到两个质量差异显著的黑洞之间的碰撞——为天体物理学和引力物理学开辟了新的视野。这一事件为这些微弱的时空涟漪提供了首个明确的证据，表明至少有一个黑洞在合并之前是旋转的，这让天文学家罕见地洞察了这些黑暗物体的关键属性。
“这是一次非同寻常的事件，”伊利诺伊州芝加哥大学的天体物理学家玛雅·菲什巴赫说。她说，已发表数据的类似合并都发生在质量大致相等的黑洞之间，因此这个新的合并事件大大打破了这种模式。这次碰撞是去年探测到的，菲什巴赫和她的合作者于4月18日在美国物理学会的虚拟会议上公布了这一发现，会议完全在线举行，原因是冠状病毒大流行。
激光干涉引力波天文台 (LIGO)——位于华盛顿州汉福德和路易斯安那州利文斯顿的一对双探测器——以及意大利比萨附近的处女座天文台，都在2019年4月12日以高度的置信度探测到了这次事件，事件被识别为 GW190412。包括菲什巴赫在内的 LIGO-处女座合作组织，在 arXiv 预印本服务器上发布了他们的发现。
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LIGO 于 2015 年 9 月首次发现引力波，探测到来自两个合并黑洞的时空涟漪。LIGO 后来与处女座天文台合作，在 2017 年结束的两次观测运行中又进行了十次探测：另外九次黑洞合并和一次两颗中子星的碰撞，这有助于解释宇宙重化学元素的起源。
第三次也是最近一次运行于 2019 年 4 月 1 日开始，于 2020 年 3 月 27 日结束，中间在 10 月份中断了一个月。大大提高的灵敏度使该网络能够积累大约 50 个“候选事件”，速度约为每周一个。到目前为止，国际合作组织只公布了本次观测期间的另一个事件——第二次两颗中子星之间的合并，被称为 GW190425，该事件于 1 月份公布。
扭曲的空间
最新的事件是独一无二的。合并的两个黑洞中，一个估计质量约为 8 个太阳质量，另一个是其 3 倍以上，为 31 个太阳质量。这种不平衡使得较大的黑洞扭曲了周围的空间，因此另一个黑洞的轨迹偏离了完美的螺旋线。这可以在产生的引力波中看到，引力波是在物体螺旋式相互靠近时产生的。所有其他已公布的合并事件都产生了一个波，该波形成类似的“啁啾”形状——其强度和频率都增加，直到碰撞发生的那一刻。但 GW190412 是不同的：它的强度不仅仅像啁啾声那样上升。“这使得这个系统非常有趣，仅仅是从信号的形态来看，”菲什巴赫说。
物理学家曾热切期待这种“非香草”事件，因为它们提供了新的、更精确的方法来检验阿尔伯特·爱因斯坦的引力理论，即广义相对论。“我们正处于检验广义相对论的新领域，”马萨诸塞州剑桥市麻省理工学院的另一位 LIGO 成员马克西米利亚诺·伊西在会议上发言时说。
特别是，研究人员能够使用这些数据来辨别黑洞的“自旋”。“我们有信心，这个较重的物体一定是旋转的，”伊西说。之前的事件让研究人员感到困惑：对银河系中黑洞的观测表明，黑洞应该具有高自旋，但这并未在最初两次运行的引力波数据中显示出来。
天体物理学家希望探测自旋能够揭示黑洞是如何形成并相互绕轨道运行的。不对称合并中更丰富的信息有助于更精确地测量事件与银河系的距离。积累许多这样的测量结果可以为绘制宇宙膨胀历史提供一种新方法。
处女座天文台的物理学家、阿姆斯特丹国家亚原子物理研究所的乔·范登·布兰德说，LIGO-处女座合作组织将继续发布更多来自其大量未发表数据的成果，包括特别有趣或令人兴奋的个别事件。“我认为收获相当不错，让我这样说吧。”
本文经许可转载，并于 2020 年 4 月 20 日首次发表。