人類已探測390次黑洞合并，發(fā)現(xiàn)“第二代”黑洞

隨著LIGO-Virgo-KAGRA（LVK）合作組最新一批經(jīng)過驗(yàn)證的引力波（GW）探測結(jié)果的加入。這張圖展示了截至2025年1月，已公布的引力波探測事件（藍(lán)色和橙色點(diǎn)）的質(zhì)量分布，以及通過電磁（EM）觀測發(fā)現(xiàn)或探測到的黑洞和中子星的質(zhì)量。

圖源：LIGO-Kagra-VIRGO/Aaron Geller/Northwestern

當(dāng)?shù)貢r(shí)間5月26日，LIGO、Virgo和KAGRA三大引力波探測器聯(lián)合發(fā)布了GWTC-5.0目錄，新增161個(gè)引力波信號(hào)，總探測到的黑洞合并事件達(dá)到390次。這一成果正在深刻改變我們對(duì)黑洞形成和宇宙演化的理解。

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” 390次黑洞碰撞：從稀有到常態(tài)

僅僅10年前，人類才首次探測到引力波（2015年）。如今，在觀測運(yùn)行期間，引力波信號(hào)已經(jīng)能達(dá)到每周3-4次的頻率。

本次GWTC-5.0目錄的最大亮點(diǎn)包括：

第二代黑洞合并：探測到由先前黑洞合并形成的黑洞再次碰撞的事件。這表明宇宙中除了大質(zhì)量雙星演化外，還存在其他產(chǎn)生可合并黑洞的途徑。最精準(zhǔn)定位的合并事件：GW240615信號(hào)將源頭定位在僅6平方度的天區(qū)范圍內(nèi)，精度創(chuàng)歷史新高。最清晰的廣義相對(duì)論檢驗(yàn)：GW250114信號(hào)強(qiáng)度極高，讓科學(xué)家得以精確驗(yàn)證史蒂芬·霍金提出的黑洞面積定理。

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什么是“第二代黑洞”？

以往我們認(rèn)為，黑洞主要來自大質(zhì)量恒星死亡后的坍縮。但GW241011和GW241110兩個(gè)信號(hào)顯示，其中較大的黑洞并非直接來自恒星，而是由之前的黑洞合并產(chǎn)生。

這些“第二代”黑洞的自旋特征非常明顯，暗示它們誕生于恒星密集的環(huán)境（如星團(tuán)）。這一發(fā)現(xiàn)意味著：宇宙有更多方式制造可合并的黑洞，黑洞的成長鏈條可能比我們想象的更長、更復(fù)雜，甚至能幫助解釋那些質(zhì)量達(dá)數(shù)百萬到數(shù)十億太陽質(zhì)量的超大質(zhì)量黑洞是如何形成的。

正如格拉斯哥大學(xué)科學(xué)家John Veitch所說：“這些信號(hào)讓我們看到黑洞不僅遵循熱力學(xué)第二定律，還會(huì)像鈴鐺一樣在合并后‘鳴響’，釋放引力波。”

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引力波如何丈量宇宙？

黑洞合并產(chǎn)生的引力波，像時(shí)空的漣漪，以光速傳播。科學(xué)家可以通過這些信號(hào)直接估算距離，進(jìn)而測量哈勃常數(shù)，即宇宙膨脹速率。

GWTC-5.0提供了更多高質(zhì)量樣本，讓用引力波測量哈勃常數(shù)變得越來越精確。這對(duì)解決現(xiàn)代物理學(xué)最大難題之一，“哈勃張力”（不同方法測出的膨脹速率不一致）具有重要意義。

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霍金定理得到最嚴(yán)格驗(yàn)證

在GW250114事件中，科學(xué)家觀測到兩個(gè)黑洞（質(zhì)量分別為34和32倍太陽質(zhì)量）合并前后的事件視界總面積嚴(yán)格按照霍金的黑洞面積定理增加。這不僅是廣義相對(duì)論的又一次勝利，也再次印證了黑洞熱力學(xué)與普通熱力學(xué)的一致性：黑洞越“吃”能量，反而會(huì)變得越“冷”。

當(dāng)LIGO等探測器忙著“聽”宇宙最暴力的碰撞時(shí)，中國也正在加速布局引力波研究。“天琴計(jì)劃”和“太極計(jì)劃”兩大空間引力波探測項(xiàng)目正穩(wěn)步推進(jìn)，未來有望與LIGO形成互補(bǔ)，共同構(gòu)建全頻段引力波觀測網(wǎng)絡(luò)。

參考

[1]https://www.space.com/astronomy/black-holes/astronomers-discover-a-lost-world-of-black-hole-mergers-its-the-astronomical-equivalent-of-uncovering-an-ancient-civilization

[2]https://www.ligo.caltech.edu/news/ligo20260526