天文学家探测到最极端的“摇摆黑洞” _黑洞

天文学家探测到最极端的“摇摆黑洞”
据cnBeta：卡迪夫大学的天文学家在两个碰撞的黑洞的轨道上发现了一种奇怪的扭曲运动。这种奇特的现象是爱因斯坦的引力理论所预测的。他们的研究报告称，这是第一次在黑洞中看到这种被称为“进动”的效应，其中扭曲的速度比以前的观测快100亿倍。在Mark Hannam教授、Charlie Hoy博士和Jonathan Thompson博士的领导下，这项研究于10月12日发表在《自然》杂志上。
高级LIGO和Virgo探测器在2020年年初通过引力波发现了这个“双胞胎”黑洞系统。其中一个黑洞的质量估计是我们太阳的40倍左右，可能是通过引力波发现的旋转最快的黑洞。此外，与之前所有的观测结果相反，这个快速旋转的黑洞对空间和时间进行了极大的扭曲，以至于双星的整个轨道来回晃动。
激光干涉引力波天文台（简称：LIGO）是世界上最大的引力波观测站。它是一个精密工程的奇迹，由两个巨大的激光干涉仪组成，相距3000公里。LIGO利用光和空间本身的物理特性来探测和了解引力波的起源。
这种形式的进动是爱因斯坦的广义相对论所特有的。这些结果证实了它存在于我们可以观察到的最极端的物理事件中，即两个黑洞的碰撞。
“我们一直认为二元黑洞可以做到这一点，”卡迪夫大学重力探索研究所的Mark Hannam教授说。“自从第一次探测到引力波以来，我们一直希望能发现一个例子。我们不得不等了五年，等了80多次单独的探测，但最终我们有了一个！”
一个更贴近现实的早衰例子是陀螺的摆动，它可能每隔几秒钟摆动一次。相比之下，广义相对论中的进动通常是一种微弱的效应，以至于无法察觉。在以前从被称为“双胞胎”脉冲星的轨道中子星测得的最快的例子中，轨道需要超过75年的时间才会前行。这项研究中的黑洞双星，俗称GW200129（以它被观测到的日期命名，即2020年1月29日），每秒钟都会前进数次--这种效应比之前测量的强100亿倍。
同样来自卡迪夫大学的Jonathan Thompson博士解释说。“这是一个非常棘手的效应，难以识别。引力波极其微弱，要探测它们需要历史上最敏感的测量仪器。前进是埋藏在已经很弱的信号中的一个更弱的效应，所以我们必须做一个仔细的分析来发现它。”
引力波是由爱因斯坦在1916年预测的。它们在2015年首次被高级LIGO仪器从两个黑洞的合并中直接探测到，这一突破性的发现导致了2017年的诺贝尔奖。引力波天文学现在是最有活力的科学领域之一，由高级LIGO、Virgo和KAGRA探测器组成的网络在美国、欧洲和日本运行。到目前为止，已经有超过80个探测结果。所有这些都是合并的黑洞或中子星。
“到目前为止，我们用引力波发现的大多数黑洞都旋转得相当慢，”Charlie Hoy博士说，他在这项研究中是卡迪夫大学的研究人员，现在是朴茨茅斯大学的研究员。“这个双星中较大的黑洞，其质量约为太阳的40倍，几乎以物理上可能的速度旋转。我们目前关于双星如何形成的模型表明，这个双星是极其罕见的，也许是千分之一的事件。或者它可能是一个信号，表明我们的模型需要改变。”
国际引力波探测器网络目前正在升级，将于2023年开始对宇宙进行下一次搜索。他们有可能再发现数百个黑洞的碰撞。这些新数据将告诉科学家，GW200129是一个罕见的例外，还是一个迹象，表明我们的宇宙比他们想象的还要奇怪。