“瘦小版”黑洞現身 引力波立了哪些功？

　　美國時間11月15日，激光干涉引力波天文臺(LIGO)官方網站發(fā)布消息，再次宣布接收到來自太空的引力波信號。而在目前通過引力波探測到的雙黑洞中，形成此次引力波信號的雙黑洞“體重”最輕。這次發(fā)現的意義何在？能與從電磁波觀測得到的黑洞性質形成怎樣的互補關系？科技日報記者就此采訪了相關專家。

　　黑洞是宇宙中的“貪吃王”，它憑借巨大的引力將恒星等物質撕裂，并在身體外圍形成一個“甜甜圈”模樣的氣體吸積盤，氣體一邊旋轉一邊向它靠近，最終被它吞進“肚”里。

　　吸積盤中氣體高速旋轉，越靠近黑洞轉速越快，高速氣體之間的摩擦會產生大量的熱，使吸積盤中心部分氣體溫度達到驚人的高度并發(fā)出強烈的電磁輻射。通過天文望遠鏡觀測宇宙中的電磁波，科學家可以推斷黑洞的存在。

　　然而，可以探尋單個黑洞的電磁波觀測在雙黑洞面前陷入“盲區(qū)”。在雙黑洞系統(tǒng)中，兩個黑洞在最終的并合過程中，周圍并沒有氣體存在，因此不會產生能夠被探測到的電磁波輻射。

　　沒有產生電磁波，并不意味著雙黑洞系統(tǒng)無跡可尋。雙黑洞并合前，會一邊互相繞轉一邊釋放出引力波。由于引力波帶走了能量，兩者會越轉越近，直到撞上，釋放出巨大的能量。因此，通過探測引力波，人們不僅能“捕捉”到雙黑洞系統(tǒng)，還能“看見”它們并和的過程。

　　形成此次引力波信號的雙黑洞“體重”是引力波探測歷史上最小的。今年5月LIGO發(fā)布的第三次引力波事件，探測到兩個分別為31.2和19.4個太陽質量的黑洞，而此次探測到的兩個黑洞質量分別為7倍和12倍太陽質量。

　　“對于質量較小的恒星級雙黑洞，在地面引力波探測器直接探測到它之前，科學家們并不確定它們是否存在，此次探測結果證實，小質量的雙黑洞系統(tǒng)是存在的。”國家天文臺研究員茍利軍說道。如果說今年5月發(fā)布的引力波探測結果表明宇宙中存在“微胖界”黑洞，這次的結果意味著找到了“瘦小版”黑洞。

　　在描述引力波和電磁波探測的不同特質時，LIGO科學合作組織爆發(fā)源分析組聯席主席Ik Siong Heng曾指出，傳統(tǒng)的光譜觀測能提供天體物理現象外層的動力學信息，但引力波觀測則能讓我們聽到那些宇宙中最高能現象的“心跳”。

　　同樣是獲取黑洞的質量、自旋速度等物理性質，和電磁波探測相比，引力波探測方式更為直接。通過直接分析引力波波形，科學家們就能推算出黑洞的質量、自旋速度、兩個黑洞互相繞轉速度。

　　電磁波探測則是間接得到這部分信息。茍利軍指出，通過觀測黑洞周圍的伴星和黑洞周圍的吸積盤輻射，可以獲得黑洞質量、黑洞自旋以及黑洞與伴星互相繞轉速度。

　　值得一提的是，通過探測引力波，能獲取雙黑洞并合前每個黑洞的自旋信息，以及并合后形成的黑洞的自旋信息，這對理解雙黑洞形成機制有重要意義。茍利軍解釋道，目前科學家認為雙黑洞系統(tǒng)有兩種形成可能：孤立雙星演化，或者一顆黑洞捕捉另一顆。目前從引力波觀測得到的黑洞并合前自旋信息，更多地支持后者。

　　但美中不足的是，引力波信號自身也存在一定缺陷，比如信號十分微弱，信號源定位誤差非常大，僅僅利用引力波探測無法確認信號來自哪里。事實上，引力波與電磁波攜帶著天體不同類型的信息，對兩者的探測互為印證。引力波及其電磁對應體的發(fā)現，有助于科學家結合不同信息研究天體的性質，并檢驗宇宙的基本規(guī)律。

　　就此次發(fā)現的黑洞而言，它有助于天文學家將從引力波觀測得到的這類黑洞的性質與從X射線觀測中發(fā)現的黑洞性質進行比較，填補這兩類觀測之間缺失的一環(huán)，促進多信使天文學的發(fā)展。