引力波天文臺釋出了最新的宇宙碰撞目錄，使其探測總數達到 90 個。 新的 35 個事件包括有史以來觀測到的最輕的中子星，以及兩次涉及出乎意料的大黑洞的碰撞。
這些探測來自位於路易斯安那州和華盛頓州的兩個雷射干涉引力波天文臺 (LIGO) 臺址，以及位於義大利的姊妹探測器 Virgo。 它們是在 2019 年 11 月 1 日開始的 21 周執行期間記錄的，平均探測率為每 4.2 天發生一次事件。 從那時起，合作範圍擴大到包括日本的 KAGRA 探測器，該探測器於 2020 年 2 月開始觀測。 LIGO-Virgo-KAGRA 合作組織在一篇釋出在 arXiv 預印本庫的論文中描述了其結果。
引力波是時空結構中的漣漪，當大質量物體加速時產生。 與 LIGO-Virgo 先前報告的探測結果一樣，最新的探測結果都歸因於成對的緻密恆星殘骸相互螺旋併合並。 絕大多數事件，包括LIGO 在 2015 年的首次歷史性探測，都涉及成對的黑洞，但在少數情況下，其中一個或兩個物體是中子星。
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該合作組織最初僅釋出了關於高可信度探測的資料，但最新的目錄——以及之前的目錄，於 2020 年 10 月釋出——包括任何比偶然事件更有可能是真正的引力波的探測結果。 該團隊估計，目錄中最新候選事件中約有 10-15% 是誤報，“由儀器噪聲波動引起”。
怪物聚會
研究人員可以根據合併產生的波的形狀和頻率計算所涉及物體的許多特徵的詳細資訊，包括它們的質量以及它們與地球的距離。 最新的 35 個事件的距離從大約 2.45 億秒差距到超過 22 億秒差距（8 億到超過 70 億光年）不等。
它們包括一些真正的怪物：兩個事件涉及質量超過太陽質量 60 倍的黑洞。 對於天體物理學家來說，這些黑洞的存在本身就是有問題的。 通常，黑洞被認為是由一顆非常巨大的恆星在其生命末期坍縮形成的。 但主流理論預測，一些垂死的恆星應該會爆炸而不是坍縮，這應該會在大約 65-120 個太陽質量範圍內留下黑洞的匱乏。
LIGO 和 Virgo 在 2019 年 5 月 21 日探測到的一次合併，已在去年的目錄中揭示，已經對該假設提出了挑戰，因為它涉及一個 85 個太陽質量的黑洞。 既然該團隊已經確定了另外兩個異常事件，那麼早期的事件是僥倖的可能性似乎就降低了。
德國波茨坦馬克斯·普朗克引力物理研究所的 LIGO 天體物理學家 Alessandra Buonanno 表示，一種可能的解釋是，這些巨大的黑洞可能是早期合併的結果，而不是單顆恆星的坍縮。“我們看到的可能是第二代雙星，”她說。
天文臺在 2019 年 12 月 19 日發現了另一個有趣的事件，涉及一個質量為太陽質量 30 倍的黑洞吞噬了一個微小的中子星。 它的質量僅為 1.17 個太陽質量，是有史以來已知最輕的中子星之一，也是 LIGO-Virgo 探測到的質量最小的物體。 但 Buonanno 警告說，這是置信度較低的探測之一，因此可能代表背景噪聲而不是真實事件。
模式識別
伊利諾伊州芝加哥大學的另一位 LIGO 天體物理學家 Daniel Holz 表示，黑洞合併的大量湧現正變得足夠大，研究人員能夠看到正在出現的模式。 其中最明顯的模式是，黑洞合併往往更頻繁地發生在空間和時間上離我們更遠的星系中。
結果是，隨著宇宙的成熟，黑洞合併變得越來越不常見。“這與理論的預期相符，”Holz 說。 “在宇宙早期，有更多的恆星被創造出來，因此很自然地預期會有更多的黑洞被創造出來，因此也會有更多的黑洞合併。”
LIGO 和 Virgo 於 2020 年 3 月 27 日關閉——由於 COVID-19 大流行，比原計劃提前——並且一直在進行重大升級。 它們預計將於 2022 年底重新開放，進行另一次觀測執行，與 KAGRA 一起，可能會再次使探測數量翻倍。 研究人員預計，一旦他們有數百個事件進行比較，他們將能夠看到指向合併中涉及的雙星系統的起源和歷史的趨勢，以及宇宙本身的歷史。“當我們最終完成這一切時，那將是驚人的，”Holz 說。
與此同時，世界各地的天文學家仍然希望 2017 年 8 月發生的兩次中子星合併能夠重演，這是迄今為止唯一一次也被傳統天文臺觀測到的引力波事件。
本文經許可轉載，並於2021 年 11 月 9 日首次發表。