愛因斯坦又一猜想被證實—宇宙中最極端的黑洞碰撞

研究巨大黑洞碰撞的研究人員可能已經證實了阿爾伯特·愛因斯坦一個世紀前預測的引力現象。

根據10月12日發表在《自然》雜誌上的新研究，這種現象被稱為歲差，與有時在旋轉陀螺上看到的擺動運動類似，發生在兩個古老的黑洞碰撞在一起併合併成一個黑洞時。當這兩個大質量物體旋轉得越來越近時，它們在時空結構中釋放出巨大的漣漪，稱為引力波，引力波在宇宙中向外湧動，將能量和角動量從合併的黑洞中帶走。

科學家們於2020年首次利用美國的鐳射干涉儀引力波天文臺（LIGO）和義大利的室女座引力波感測器探測到這些來自黑洞的波。現在，經過多年對波型的研究，研究人員確認其中一個黑洞正在瘋狂旋轉，達到了前所未有的程度。

旋轉黑洞的扭曲和旋轉速度是之前觀測到的任何黑洞的100億倍，它扭曲了空間和時間，導致兩個黑洞在其軌道上擺動或進動。

研究人員已經觀察到從紡錘頂到瀕臨滅絕的恆星系統的一切事物都有運動，但從未在像雙星黑洞系統這樣巨大的物體中觀察到運動，在這兩個宇宙真空吸塵器圍繞一個共同的中心旋轉。愛因斯坦的廣義相對論在100多年前預測，歲差應該發生在像二元黑洞一樣大的物體上。這項研究的作者說，這種罕見的現象在自然界中首次被觀察到。

“我們一直認為雙星黑洞可以做到這一點，”該研究的主要作者、英國加的夫大學重力探索研究所所長馬克·漢納姆在一份宣告中說。“自從第一次引力波探測以來，我們一直希望能找到一個例子。我們不得不等待五年，80多次單獨的探測，但最終我們找到了一個！”

所討論的黑洞的質量比太陽大很多倍，其中較大的黑洞估計約為40個太陽質量。2020年，當LIGO和處女座探測到由兩個黑洞碰撞產生的引力波爆炸時，研究人員首次捕捉到了這對雙星的風。該小組將此次碰撞命名為GW200129，以表示其發現日期（2020年1月29日）。

《自然》雜誌的這項新研究表明，這兩個黑洞在猛烈合併之前有著混亂的關係。當這兩個巨大的物體在越來越近的軌道上相互拖拽時，它們開始像醉酒的陀螺一樣搖晃，每秒進動幾次。根據研究作者的說法，這種進動效應估計比任何其他測量結果快100億倍。

這些發現證明了愛因斯坦的正確性，他預言宇宙中的一些大型物體可能存在這種效應。但研究結果也提出了一個問題，即像這樣搖擺不定的黑洞合併是否像曾經認為的那樣罕見。

研究合著者、加的夫大學研究員查理·霍伊（Charlie Hoy）表示：“這個雙星中較大的黑洞，其質量約為太陽的40倍，其旋轉速度幾乎與物理速度一樣快。我們目前的二進位制檔案形成模式表明，這種情況極其罕見，可能是千分之一的事件。或者這可能是我們的模型需要改變的跡象。”