不平衡的“大卫和歌利亚”黑洞合并与一个奇怪的起源故事

　　2019年4月12日，当引力波到达LIGO(激光干涉仪引力波观测站)和它的意大利同行处女座的探测器时，首次发现了合并。科学家将该信号标记为GW190412，并确定它来自两个大卫和歌利亚黑洞的碰撞，其中一个黑洞的质量是另一个的三倍。这一信号标志着首次发现两个大小非常不同的黑洞合并。

　　这项发表在2020年9月2日《物理评论快报》杂志上的新研究表明，与大多数合并或二进制文件的形成方式相比，这种不平衡的合并可能源于一个非常不同的过程。很可能这两个黑洞中更大的一个本身就是两个母黑洞先前合并的产物。在第一次碰撞中旋转出来的“巨人”在与第二个更小的黑洞融合之前，可能已经在一个密集的“核团”周围反弹——这是一个发出穿过空间的引力波的喧闹事件。格温190412可能是第二代，或“等级”合并，与LIGO和处女座迄今发现的其他第一代合并不同。

　　该研究的合著者、麻省理工学院物理学助理教授、LIGO成员萨尔瓦托勒·维塔莱说:“这个事件是宇宙扔给我们的一个奇怪的东西——它是我们没有预料到的事情。”“但是在宇宙中没有什么事情是只发生一次的。像这样的东西，虽然很少，但我们会再看到，我们将能够说更多关于宇宙。”

　　维塔莱的合著者是伯明翰大学的大卫·格罗萨和约翰·霍普金斯大学的伊曼纽·贝蒂。

　　黑洞合并被认为有两种主要方式。第一个过程被称为共同包层过程，两个相邻的恒星在数十亿年后爆炸形成两个相邻的黑洞，最终共享一个共同的包层或气体圆盘。再过几十亿年，黑洞螺旋进入并融合。维塔莱说:“你可以把这想象成一对夫妇一生都在一起。”"这个过程被怀疑发生在像我们这样的星系盘中."黑洞合并形成的另一个常见途径是通过动态相互作用。想象一下，在一夫一妻制的环境中，一个银河狂欢，数千个黑洞被塞进宇宙的一个小而密集的区域。当两个黑洞开始结合时，第三个黑洞可能会在一对黑洞最终融合之前，在一个可以重复多次的动态相互作用中把这对黑洞撞得四分五裂。

　　在共同的包络过程和动力学相互作用的情况下，合并的黑洞应该有大致相同的质量，不像不平衡的质量比。它们也应该相对没有自旋，而GW190412却有惊人的高自旋。维塔莱说:“底线是，这两种情况，人们传统上认为是理想的托儿所黑洞双星在宇宙中，努力解释这个事件的质量比和旋转。”