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中新網(wǎng)北京8月1日電(記者孫自法鄭瑩瑩)宇宙中神秘的雙黑洞系統(tǒng)是如何形成和演化的？其背后究竟有何玄機(jī)？這些議題長(zhǎng)期以來(lái)備受關(guān)注，也吸引國(guó)際天文學(xué)界持續(xù)跟蹤研究。
來(lái)自中國(guó)科學(xué)院上海天文臺(tái)的最新消息說(shuō)，該臺(tái)韓文標(biāo)研究員帶領(lǐng)的科研團(tuán)隊(duì)最近在引力波天文學(xué)領(lǐng)域取得突破性進(jìn)展，他們首次發(fā)現(xiàn)雙黑洞并合事件可能發(fā)生在第三個(gè)致密天體附近。這是國(guó)際上首次在雙黑洞并合事件中發(fā)現(xiàn)第三致密天體存在的明確跡象，為揭開雙黑洞的形成之謎提供了全新線索。
雙黑洞在超大質(zhì)量黑洞附近并合的藝術(shù)想像圖。中國(guó)科學(xué)院上海天文臺(tái)供圖
這項(xiàng)重要天文發(fā)現(xiàn)研究的相關(guān)成果論文，北京時(shí)間8月1日凌晨在國(guó)際專業(yè)學(xué)術(shù)期刊《天體物理雜志快報(bào)》上發(fā)表。
形成黑洞“三人組”系統(tǒng)
研究團(tuán)隊(duì)介紹，自2015年人類首次探測(cè)到引力波以來(lái)，美國(guó)激光干涉儀引力波天文臺(tái)(LIGO)-歐洲室女座天文臺(tái)(Virgo)-日本神岡引力波探測(cè)器(KAGRA)合作組織(LVK)已探測(cè)超過(guò)100次引力波事件，其中絕大多數(shù)來(lái)自雙黑洞并合。這些事件為人類理解雙黑洞并合的物理過(guò)程提供了關(guān)鍵數(shù)據(jù)，但目前學(xué)術(shù)界對(duì)雙黑洞如何形成、如何演化的機(jī)制還不確定。
GW190814引力波事件的參數(shù)估計(jì)結(jié)果。中國(guó)科學(xué)院上海天文臺(tái)供圖
2018年，論文通訊作者、中國(guó)科學(xué)院上海天文臺(tái)引力波團(tuán)組負(fù)責(zé)人韓文標(biāo)和合作者首次研究提出，由一個(gè)超大質(zhì)量黑洞抓住一對(duì)雙黑洞，形成一個(gè)“三人組”，雙黑洞在超大質(zhì)量黑洞附近“跳舞”，進(jìn)而輻射多頻段的引力波。
該“三人組”系統(tǒng)隨后在國(guó)際上被歐洲空間引力波計(jì)劃寫入白皮書，也被中國(guó)空間引力波探測(cè)計(jì)劃列為獨(dú)特波源。從那時(shí)起，研究團(tuán)隊(duì)就開始從LVK引力波數(shù)據(jù)中尋找雙黑洞在超大質(zhì)量黑洞附近并合的證據(jù)。
信號(hào)中留下獨(dú)特“印記”
在本項(xiàng)研究中，研究團(tuán)隊(duì)經(jīng)過(guò)分析，將目標(biāo)瞄準(zhǔn)編號(hào)為GW190814的引力波事件。
論文第一作者、中國(guó)科學(xué)院上海天文臺(tái)楊舒程博士指出，GW190814引力波事件中的兩個(gè)黑洞很不一般，其質(zhì)量大小相差近10倍。這么懸殊的組合可能是它們?cè)鸵粋€(gè)超大質(zhì)量黑洞組成“三人組”，在彼此的引力拉扯下越靠越近；也有人認(rèn)為它們誕生在活動(dòng)星系核的吸積盤里，被周圍其他致密天體的引力推搡著慢慢靠近，最終并合。
LIGO-Virgo-KAGRA引力波合作組織(LVK)公布的引力波事件。中國(guó)科學(xué)院上海天文臺(tái)供圖
研究團(tuán)隊(duì)提出，若雙黑洞在第三個(gè)致密天體附近并合，其繞第三個(gè)天體的軌道運(yùn)動(dòng)會(huì)產(chǎn)生視向加速度即沿觀測(cè)者視線方向的加速度，這種加速度會(huì)通過(guò)多普勒效應(yīng)改變引力波的頻率，在信號(hào)中留下獨(dú)特“印記”。
為捕捉這一信號(hào)，研究團(tuán)隊(duì)構(gòu)建了一種包含視向加速度的引力波波形模板，通過(guò)貝葉斯推斷方法，對(duì)多個(gè)高信噪比雙黑洞事件進(jìn)行分析。結(jié)果顯示，對(duì)于GW190814引力波事件，包含視向加速度的模型顯著優(yōu)于傳統(tǒng)的“孤立雙黑洞”模型。該事視向加速度的研究表明，數(shù)據(jù)強(qiáng)烈支持“存在視向加速度”的結(jié)論。
處于更復(fù)雜引力系統(tǒng)
“這是國(guó)際上首次在雙黑洞并合事件中發(fā)現(xiàn)第三致密天體存在的明確跡象。這一發(fā)現(xiàn)意味著GW190814(引力波事件)的雙黑洞可能并非孤立形成，而是處于一個(gè)更復(fù)雜的引力系統(tǒng)中，在揭示雙黑洞形成通道方面具有重要價(jià)值?！表n文標(biāo)強(qiáng)調(diào)說(shuō)。
研究團(tuán)隊(duì)表示，隨著下一代地面引力波探測(cè)器(如愛因斯坦望遠(yuǎn)鏡、宇宙探索者)和空間探測(cè)器(如歐洲空間引力波計(jì)劃、中國(guó)的太極和天琴計(jì)劃)投入使用，人類將能更精確地捕捉引力波信號(hào)中的細(xì)微變化。未來(lái)，天文學(xué)家可能會(huì)發(fā)現(xiàn)更多類似GW190814的引力波事件，幫助人類理解雙黑洞的形成演化機(jī)制。(完)
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