引力波探测工作的大丰收:35个新信号发现更多值得研究的来源

天文学家报告了新的引力波探测工作的大丰收。这35个新信号组成了第三个引力波暂存目录(GWTC-3),帮助科学家更详细地探测宇宙的深处。引力波是时空本身的涟漪,在黑洞合并和中子星碰撞等宇宙灾难中产生。它们在20世纪初首次被预测,但直到2015年才被直接探测到,在此后的6年中记录了几十个信号。

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而现在随着GWTC-3的出现,这个名单又增加了35个,使探测到的总数达到了90个。这些新事件是由LIGO、Virgo和KAGRA设施在观察运行3(O3b)的第二部分期间探测到的,观察运行3是在2019年11月至2020年3月进行的,后来因COVID-19大流行而中断了。

绝大多数新的探测结果来自于合并的黑洞对,但有两个事件似乎是由黑洞吞噬中子星产生的。不过,另外一个探测特别奇怪–它涉及一个黑洞与一个质量约为太阳2.8倍的”神秘物体”相撞。根据目前的定义,这个质量太大,不可能是中子星,但又太轻,不可能是黑洞。

研究小组说,最可能的解释是一个低质量的黑洞。中子星的质量上限在物理学上似乎是相当明确的,大约是2.1个太阳质量。但是黑洞的下限,设定为大约5个太阳质量,主要是基于观测,所以这个新的探测–以及2019年8月的一个类似信号–可能表明我们需要修改我们对黑洞可以有多小的理解。

在尺度的另一端,新的观测运行也发现了一些绝对意义上的怪物。一个名为GW200220_061928的信号涉及到质量为87和61个太阳质量的黑洞之间的碰撞,最终产生了141个太阳质量的黑洞(缺少的7个太阳质量被转化为能量,以引力波的形式被带走)。这直接属于恒星型黑洞和超大质量黑洞之间未经研究的中间类别。

引力波探测工作的大丰收:35个新信号发现更多值得研究的来源

迄今为止探测到的引力波的完整清单,包括每个来源天体的质量和最终物体的质量

天文学家们能够从引力波信号中推断出一些黑洞的旋转。在两个案例中,似乎在它们合并之前,黑洞相对于它们围绕对方的轨道来说是反向旋转的。

研究人员说,新数据的宝库可以帮助天文学家揭开宇宙的主要奥秘。

这项研究的作者苏珊-斯科特教授说:”这确实是引力波探测的一个新时代,越来越多的发现揭示了关于整个宇宙中恒星的生命和死亡的如此多的信息。观察这些双星系统中黑洞的质量和自旋,表明这些系统首先是如何走到一起的。它还提出了一些真正迷人的问题。例如,该系统最初是由两颗恒星形成的,它们一起经历了它们的生命周期并最终成为黑洞?或者这两个黑洞是在一个非常密集的动态环境中被推到一起的,比如在一个星系的中心?”

GWTC-4将于2022年底开始。这项研究已经提交出版,目前可以在预印本服务器arXiv上找到。

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