物理學家探測到稀有"第二代"黑洞，再次驗證愛因斯坦預言

物理學家分析了兩起僅相隔一月發生的巨型黑洞合并事件，找到了存在稀有"第二代"黑洞的關鍵證據。科學家發現了兩對正在合并的黑洞，認為每次合并中較大的那個黑洞都是此前碰撞形成的稀有"第二代"產物。

通過名為引力波的時空漣漪，研究人員于10月28日在《天體物理學雜志通訊》上描述了兩個較大黑洞的異常活動。關鍵線索有兩點：每次合并中，較大黑洞都在高速旋轉，且其質量遠超被它吞噬的同伴。這些現象由LIGO-Virgo-KAGRA合作組織觀測到，該組織匯集全球引力波探測器，專門觀測黑洞合并、中子星碰撞等宇宙震蕩事件。

研究合著者、英國卡迪夫大學教授兼LIGO科學合作組織發言人斯蒂芬·費爾赫斯特表示，這些結果"為這些黑洞源自早期黑洞合并的觀點提供了令人振奮的證據"。

連續合并現象

這項研究基于近期探測到的兩起相隔僅一月的合并事件。通過分析引力波信號特征，研究人員推算出相關黑洞的質量、自轉和距離。

在2024年10月11日的第一起事件中，科學家觀測到質量分別為太陽6倍和20倍的兩個黑洞發生碰撞（合并事件編號GW241011），距地球約7億光年。其中較大黑洞的自轉速度位列已發現黑洞的前茅。

第二起合并事件（GW241110）發現于2024年11月10日，涉及的黑洞質量分別為太陽8倍和17倍，距離更遠達24億光年。較大黑洞的自轉方向與其公轉軌道相反，這種現象尚屬首次發現。

科學家指出這兩次合并均具有新穎特性：每次合并中較大黑洞的質量約是較小者的兩倍，且與2015年LIGO首次歷史性探測以來發現的數百起合并事件相比，這兩個大質量黑洞的自轉方式尤為奇特。

研究人員推測，每次合并中的較大黑洞此前都經歷過"層級合并"過程，這種過程常發生于星團等高密度環境，那里黑洞會頻繁靠近。

不列顛哥倫比亞大學天體物理學家、研究合著者杰斯·麥基弗表示："這是迄今最令人興奮的發現之一。這些事件強有力地證明，宇宙中某些致密區域正驅使死亡恒星相互融合。"

除可能發現第二代黑洞外，科學家表示這兩起合并事件再次驗證了愛因斯坦一世紀前預言的物理定律，并有助科學家探索基本粒子特性。

以GW241011事件為例，該事件產生的清晰信號讓科學家觀察到較大黑洞因高速自轉產生的形變。引力波特征與愛因斯坦及數學家羅伊·克爾關于旋轉黑洞的理論完全吻合。

該事件還在引力波信號中產生"嗡鳴" —— 這是由于大小黑洞質量懸殊所致（合作組織指出這種嗡鳴類似樂器泛音）。此項觀測同樣證實了愛因斯坦的預言。

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