科學

最重的黑洞由其他黑洞併合而成,153次併合給出證據

Peter Finch

有些黑洞看起來是由其他黑洞構成的。對以時空漣漪形式偵測到的153次碰撞的分析顯示,宇宙中最重的黑洞並非在一顆大質量恆星的死亡中鑄成,也就是教科書描述的那條路,而是從更早的併合中一步步拼裝起來的。若結論成立,宇宙就在為它最極端的天體運行著某種回收流水線。

證據藏在數字的斷點裡。把互相碰撞的黑洞按質量排列,在約45倍太陽質量處,這一群體開始變得稀薄。在這條線之下,天體與一顆垂死恆星獨自所能產生的相符。線之上則不然,因為坍縮的恆星撞上了一道天花板:該質量區間的恆星會被一種失控的不穩定撕裂,根本來不及留下黑洞。

填補空缺的是第二代,而這些更重的黑洞在自轉方式上留下了不同的指紋。由一對共同生死的恆星誕生的黑洞,往往自轉步調一致,自轉軸大致對齊。線之上的黑洞則轉得快、指向四面八方,這是一段混亂歷史的簽名:黑洞以陌生者的身分相遇,又彼此併合。

這樣的歷史需要一個擁擠的房間。這些併合可以追溯到緻密的星團,那裡恆星及其暗弱殘骸的堆積密度,最高可達太陽寧靜鄰域的一百萬倍。黑洞沉向中心,配成對,相撞,所得天體留在原地尋找下一個夥伴。每一輪都造出比上一輪更重的天體。

這項分析的團隊由卡迪夫大學的Fabio Antonini領銜,成員還有Isobel Romero-Shaw和Fani Dosopoulou,他們並未直接看到這一切。他們使用LIGO、Virgo和KAGRA天文台匯集的可靠重力波偵測目錄,從訊號的形狀中讀出每次碰撞的質量與自轉,檢驗這153個事件是否分成兩個家族。

這種解讀帶著保留。偵測器更容易注意到又重又近的併合,而非又輕又遠的,這會讓任何統計產生偏差。153個樣本要分成子群體仍然偏少,而45倍太陽質量附近的斷點是統計上的變薄,並非一堵硬牆。

這正是未來幾年的關鍵所在。偵測器的升級與新一輪觀測預計會讓記錄到的碰撞數量成倍增加,使這條線兩側的統計更加清晰。該分析於2026年5月發表於《自然·天文學》,它把一個可供檢驗的具體主張交給了不斷累積的碰撞:最大的那些,從來就不是生來就大。

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