山东
IT之家 9 月 10 日消息，一项新研究提出，两个超大质量黑洞之间那场看似“不可能发生”的并合事件，或许并没有原先认为的那么违背物理规律。研究认为，参与并合的黑洞实际质量比此前测算的更小。
2023 年 11 月 23 日，激光干涉引力波天文台（LIGO）探测到时空泛起的微弱涟漪，信号来自一次黑洞并合。这个编号 GW231123 的信号之所以震惊学界，是因为它最初的解读结果显示，一个 140 倍太阳质量的黑洞和一个 100 倍太阳质量的黑洞发生了碰撞。
这一结果让研究人员十分费解。现有的恒星演化模型很难解释为何会形成质量如此巨大的黑洞，更何况这两个黑洞的自转速度看起来还极高。科学家一直在寻找这类特殊双黑洞系统的形成机制。而这支新研究团队提出，其实不必费心解释它的形成原因，因为这两个黑洞的巨大质量只是一种假象。
造成这种假象的核心效应是引力透镜。该效应最早由爱因斯坦 1915 年提出的引力理论，也就是广义相对论预言，引力波同样是广义相对论的推论。广义相对论认为，有质量的物体会扭曲时空，时空是时间与空间一体的四维结构。物体质量越大，时空弯曲程度越强，引力正是由这种时空弯曲产生，弯曲程度越高引力作用越强。
引力透镜效应是指：当背景天体发出的光线经过前方大质量天体附近时，前景天体会扭曲时空结构，让光线的传播路径发生偏折。来自同一个背景光源的光线，会因为偏折程度不同，在不同时间抵达地球。
光线抵达时间的差异，还会放大背景天体的亮度。天文学家早已利用这一效应，观测那些原本过于暗淡、难以直接观测的遥远古老星系。
这支研究团队认为，引力透镜效应同样适用于引力波。他们提出，GW231123 信号就是被引力透镜放大的时空涟漪，透镜效应让黑洞看起来比真实质量更大。
阿尔伯特 · 爱因斯坦研究所天体物理与宇宙学相对论课题组组长米格尔 · 苏马拉卡雷吉作为团队成员在一份声明中表示：“和光一样，引力波也能被大质量天体偏折、放大，还会拆分成多路信号。对于引力波来说，衍射与干涉效应，为我们识别、研究经过透镜效应处理的信号提供了额外手段。”
为验证猜想，研究团队搭建了引力透镜的数学模型，并开发出高性能、运算速度足够快的配套分析软件。
参与这项研究的斯拉什蒂 · 戈亚尔（研究期间任职于爱因斯坦研究所）介绍：“如果假设 GW231123 信号被一个质量约 190 至 850 倍太阳质量的致密天体，或是球状星团这类延展结构偏折、扭曲，我们就可以解释观测到的‘超大质量’结果。而且用引力透镜来解释，就不需要假设黑洞拥有极高自转。”
研究团队把这个条件纳入模型重新模拟该事件后发现，发生并合的系统总质量为 140 倍太阳质量，而不是最初估算的 240 倍太阳质量。
目前团队还无法确定，究竟是哪个大质量天体充当了透镜，扭曲了 GW231123 引力波信号。但无论这个透镜天体是什么，如果该研究结论成立，它本身就会是一个很特别的天体。
苏马拉卡雷吉说：“在我们的分析中，透镜天体的本质仍然是一大谜团。因为质量介于 100 至 1000 倍太阳质量的独立致密透镜天体本身就极为罕见。后续研究需要确认这类透镜天体能否形成，或是能否由恒星等大量轻质天体的集合体来解释本次事件。”
团队目前还不能下定论，确认 GW231123 就是人类探测到的首个经过引力透镜作用的引力波信号。想要找到更多同类信号，还需要提升 LIGO 这类探测器的灵敏度。
即便还没有找到更多实例，这项研究也证明，引力波天文学可以用来研究宇宙中最剧烈的天体活动。
IT之家注意到，该研究成果已于 8 月 25 日发表在《天体物理学快报》上。
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