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　　黑洞的大小各不相同。根據(jù)美國國家航空航天局（NASA）的數(shù)據(jù)，恒星黑洞（一類由大質(zhì)量恒星引力坍塌后形成的黑洞）的質(zhì)量是太陽的10到25倍；超大質(zhì)量黑洞的質(zhì)量是太陽的數(shù)十萬倍到數(shù)百萬倍以上，一般認(rèn)為星系中心（包括銀河系中心）都會(huì)有超大質(zhì)量黑洞。天文學(xué)家推測，可能存在某種介于兩者之間的黑洞，即中等質(zhì)量黑洞。據(jù)估計(jì)，中等質(zhì)量黑洞的質(zhì)量大約為太陽的100倍到1000倍。 　　中等質(zhì)量黑洞并不像大多數(shù)小型黑洞那樣，由垂死的恒星爆發(fā)形成。相比由單一恒星引力坍縮形成的恒星黑洞而言，中等質(zhì)量黑洞的質(zhì)量顯然過大；恒星在爆發(fā)過程中總是會(huì)失去一些物質(zhì)，但當(dāng)恒星達(dá)到一定體積后，無論它變大多少，當(dāng)它爆發(fā)時(shí)會(huì)形成一個(gè)質(zhì)量最高約為太陽65倍的黑洞。根據(jù)LIGO團(tuán)隊(duì)的研究，更大的恒星在爆發(fā)時(shí)會(huì)失去更多的物質(zhì)，最終形成同樣大小的黑洞。 　　這一過程可以解釋130倍太陽質(zhì)量的恒星如何形成最高為65倍太陽質(zhì)量的黑洞，而對(duì)于質(zhì)量更大的恒星（130至250倍太陽質(zhì)量），則更可能發(fā)生不穩(wěn)定對(duì)超新星爆發(fā)，恒星將被完全毀滅，不留下黑洞或其他任何殘骸。因此，天文學(xué)家認(rèn)為，恒星坍縮不會(huì)產(chǎn)生質(zhì)量在太陽質(zhì)量65倍至120倍之間的黑洞，這一范圍稱為“對(duì)不穩(wěn)定性空缺”。 　　直到最近，中等質(zhì)量黑洞還只是理論上存在的神秘天體，即使以黑洞的標(biāo)準(zhǔn)來看也十分難以捉摸。利用LIGO的早期探測結(jié)果，天文學(xué)家對(duì)恒星黑洞進(jìn)行了觀察；另一方面，事件視界望遠(yuǎn)鏡也拍攝到了M87星系中心超大質(zhì)量黑洞的圖像，但對(duì)于中等質(zhì)量黑洞，對(duì)其進(jìn)行探測并不容易。 　　這次新的爆炸事件成為首次探測到中等質(zhì)量黑洞的證據(jù)。天文學(xué)家的計(jì)算表明，這個(gè)引力波信號(hào)是一個(gè)85倍太陽質(zhì)量的中等質(zhì)量黑洞與一個(gè)66倍太陽質(zhì)量的恒星黑洞碰撞時(shí)產(chǎn)生的。美國國家科學(xué)基金會(huì)引力物理學(xué)項(xiàng)目主任佩德羅·馬羅內(nèi)蒂（Pedro Marronetti）在一份聲明中說：“LIGO再次讓我們感到驚喜，它不僅探測到了大小難以解釋的黑洞，而且使用的技術(shù)并不是專門為恒星合并事件設(shè)計(jì)的?！盠IGO項(xiàng)目是由美國國家科學(xué)基金會(huì)資助的。 　　“這非常重要，因?yàn)樗故玖薒IGO探測器的能力，其探測到的信號(hào)來自完全不可預(yù)見的天體物理事件，”馬羅內(nèi)蒂說，“這項(xiàng)探測表明，LIGO也可以觀測到我們意想不到的物體?！? 　　是新的黑洞，還是更奇特的物體？ 　　與往常一樣，當(dāng)涉及到引力波時(shí)，天文學(xué)家就不得不圍繞著探測結(jié)果中破譯的少量信息來建立假設(shè)。他們將這一引力波信號(hào)命名為GW190521，發(fā)現(xiàn)它的持續(xù)時(shí)間比LIGO之前探測到的其他信號(hào)短得多，只有十分之一秒；它的頻率也比之前的黑洞合并事件產(chǎn)生的信號(hào)低得多。天文學(xué)家還可以追蹤該信號(hào)至特定的天空區(qū)域。 　　根據(jù)這些信息，天體物理學(xué)家計(jì)算出了碰撞發(fā)生的距離——大約70億光年。他們還可以計(jì)算出了兩個(gè)相撞物體的質(zhì)量，分別是太陽質(zhì)量的85倍和66倍，而碰撞后的物體質(zhì)量大約是太陽質(zhì)量的142倍（在碰撞過程中，一些質(zhì)量以引力波能量的形式丟失了）。 　　由于瀕死恒星產(chǎn)生的黑洞大小存在限制，因此這些初始質(zhì)量表明，至少其中較大的黑洞——也可能是較小的黑洞——本身可能就是兩個(gè)黑洞碰撞的結(jié)果?！皟蓚€(gè)黑洞合并，形成一個(gè)新的黑洞……然后它們再次合并，”瑪卡說，“這只有在存在大量黑洞，即黑洞密度很高的環(huán)境下才會(huì)發(fā)生?！? 　　瑪卡希望這場碰撞發(fā)生在一個(gè)活動(dòng)星系核附近，由于活動(dòng)星系核的強(qiáng)大引力，可以將其他天體錨定在附近?；顒?dòng)星系核是星系中心的一個(gè)致密區(qū)域，其發(fā)出的輻射被認(rèn)為是星系中央的超大質(zhì)量黑洞物質(zhì)吸積產(chǎn)生的。不過，利用目前有關(guān)的數(shù)據(jù)，天文學(xué)家還沒有辦法確定GW190521背后的確切機(jī)制。 　　從更長遠(yuǎn)的角度，如果能發(fā)現(xiàn)更多正在合并的中等質(zhì)量黑洞，或許可以解決關(guān)于超大質(zhì)量黑洞的一個(gè)重大謎團(tuán)，即它們的起源。 　　“它們就像房間里的大象，有上百萬個(gè)太陽的質(zhì)量，”美國西北大學(xué)天體物理學(xué)家、LIGO研究人員克里斯托弗·貝里（Christopher Berry）在另一份聲明中說，“它們是由恒星質(zhì)量黑洞（恒星塌縮時(shí)產(chǎn)生）演變而來，還是通過某種未被發(fā)現(xiàn)的方式產(chǎn)生的？長期以來，我們一直在尋找一個(gè)中等質(zhì)量黑洞，以填補(bǔ)恒星黑洞和超大質(zhì)量黑洞之間的空缺?，F(xiàn)在，我們有證據(jù)證明中等質(zhì)量黑洞確實(shí)存在?！? 　　盡管天文學(xué)家對(duì)這個(gè)引力波信號(hào)和發(fā)現(xiàn)中等質(zhì)量黑洞的可能性感到興奮，但他們并不能肯定目前的假設(shè)是正確的。當(dāng)然，兩個(gè)85倍和66倍太陽質(zhì)量的黑洞合并是最符合數(shù)據(jù)的，但天體物理學(xué)家也在考慮其他更奇特的解釋。 　　“如果某種全新的事件產(chǎn)生了這些引力波呢？”美國西北大學(xué)的物理學(xué)家、LIGO團(tuán)隊(duì)專家瓦西莉基·卡洛耶拉（Vicky Kalogera）說，“這樣的前景很吸引人。”她還補(bǔ)充道，目前對(duì)信號(hào)產(chǎn)生原因的假設(shè)包括一顆銀河系恒星的坍縮，以及某種古老的宇宙弦。 　　首次發(fā)現(xiàn)之后 　　目前，LIGO和Virgo探測器都處于下線狀態(tài)。由于新冠肺炎疫情大流行，它們被迫在3月底關(guān)閉。不過，天體物理學(xué)家正計(jì)劃升級(jí)這兩臺(tái)探測器和它們的算法，以繼續(xù)探測宇宙中的時(shí)空漣漪。 　　探測器及其算法的升級(jí)對(duì)于追蹤更多像GW190521這樣的信號(hào)是至關(guān)重要的。如果探測器本身更加靈敏，科學(xué)家就能捕捉到更遙遠(yuǎn)的信號(hào)；而對(duì)數(shù)據(jù)處理算法進(jìn)行微調(diào)，他們就能更容易地識(shí)別像這樣的更短信號(hào)。 　　岡薩雷斯表示，探測到兩個(gè)黑洞的碰撞事件，以及其中某個(gè)黑洞本身就是由合并形成的，這預(yù)示著宇宙中存在著很多有待觀測的信號(hào)?！拔蚁Ｍ@意味著有更多的黑洞——可能是黑洞的集群，因?yàn)樗鼈兙奂谝黄?，所以合并得更頻繁，”她說，“我希望這些黑洞集群的規(guī)模很大，而且分布在很多地方，這樣我們就能探測到更多的黑洞?！? 　　當(dāng)然，這一切還必須取決于未來的探測結(jié)果。“大自然做它該做的，我們不能告訴它該做什么，”岡薩雷斯說，“我們收集數(shù)據(jù)，取得發(fā)現(xiàn)，然后由理論天體物理學(xué)家們?nèi)ネ茰y并提出新的理論，來解釋這些巨大的黑洞是如何產(chǎn)生的?！? 　　LIGO和Virgo團(tuán)隊(duì)將相關(guān)研究的結(jié)果發(fā)表在9月2日的《物理評(píng)論快報(bào)》（Physical Review Letters）和《天體物理學(xué)期刊通訊》（The Astrophysical Journal Letters）上，前一篇詳細(xì)描述了引力波信號(hào)的發(fā)現(xiàn)過程，后一篇?jiǎng)t討論了該信號(hào)的物理性質(zhì)及天文物理學(xué)意義。（任天）