如果說早在2015年，激光引力波干涉天文臺（LIGO）首次聽到的雙黑洞并合事件如同一聲 “啁啾”鳥鳴，那么2019年5月21日，他們和意大利處女座引力波天文臺（Virgo）聯(lián)合探測到的引力波信號無異于一記“轟”鳴。

是多重的天體才能鬧出這么大的動靜？根據(jù)9月3日發(fā)表在《物理評論快報》（Physical Review Letters）和《天體物理學期刊通訊》（Astrophysical Journal Letters）上的兩篇論文，這是兩個分別約為 85 倍和 65 倍太陽質(zhì)量的黑洞合并而成了一個142倍太陽質(zhì)量的黑洞，中間損失的等同8倍太陽質(zhì)量的能量以引力波的形式在宇宙中擴散出來。

這個只持續(xù)了不到0.1秒的信號創(chuàng)造了多個紀錄，卻也帶來了巨大的謎團。

這是LIGO探測到的質(zhì)量最大的黑洞并合事件；

這是LIGO探測到的最遠的引力波信號，遠在50億秒差距（1秒差距約等于3.26光年）之外，光傳輸就要花上70億年，這意味著事件發(fā)生時，宇宙的年齡還只有現(xiàn)在的一半；

這是人類首次發(fā)現(xiàn)質(zhì)量介于100到100000倍太陽質(zhì)量之間的黑洞，即所謂的中等質(zhì)量黑洞；

最后，根據(jù)現(xiàn)有的黑洞演化理論，85倍太陽質(zhì)量的黑洞“不可能”出現(xiàn)。

中等質(zhì)量黑洞

引力波是愛因斯坦廣義相對論中的重要推論，被形象地比喻為“時空的漣漪”。時間和空間會在質(zhì)量面前彎曲，時空在伸展和壓縮的過程中，會產(chǎn)生振動傳播開來，這些振動就是引力波。絕大多數(shù)信號傳播到地球上就變得弱不可聞，除非是黑洞并合、中子星并合這樣的宇宙重量級“消消樂”。

LIGO首次探測到的引力波信號，就來自兩個分別為36倍和29倍太陽質(zhì)量的黑洞，并合為62倍太陽質(zhì)量黑洞

一顆恒星逃不出三種宿命：白矮星、中子星和黑洞。

白矮星有點像“熄滅”了的灰燼，低光度、高密度、高溫度，我們的太陽數(shù)十億年后結局大概如此。

但對更高質(zhì)量的恒星而言，它們在壽命盡頭可能會發(fā)生超新星爆炸，爆炸后如果還有殘骸剩余，要么是極端致密的中子星，要么就是引力大到光線也無法逃逸的黑洞。

這一類由恒星演化而成的黑洞，我們稱為恒星級黑洞，也是天體物理中最小的一類黑洞，質(zhì)量通常在3倍至100倍太陽之間。最大的一類則是星系中心的超大質(zhì)量黑洞。例如，銀河系中心就有一個約為430萬倍太陽質(zhì)量的超大質(zhì)量黑洞人馬座a*。介于兩者之間的稱為中等質(zhì)量黑洞，此前沒有過直接的電磁波觀測證據(jù)。

中等質(zhì)量黑洞的存在有可能幫我們解答一個懸疑已久的宇宙學問題：超大質(zhì)量黑洞究竟是怎么來的？一種解釋是，這些龐然大物是由中等質(zhì)量黑洞反復合體形成的。

質(zhì)量斷檔

有趣的是，比起142這個數(shù)字，科學家們可能會更驚詫于兩顆“原生”黑洞里有一顆竟然達到了85倍太陽質(zhì)量。

原來，恒星之所以能保持穩(wěn)定，是星核中的光子和氣體產(chǎn)生向外的壓力，平衡了向內(nèi)的引力。等到恒星把鐵這一類重元素也聚變后，產(chǎn)生的向外壓力就不足以對抗引力了。恒星會在自身重量的作用下坍塌，發(fā)生核坍縮超新星爆炸，進而形成黑洞。

然而，對于更重一些的恒星來說，現(xiàn)有的物理學理論還要考慮對不穩(wěn)定性（pair instability）現(xiàn)象。這是說，恒星核中的光子在能量極高時會形成一對電子和反電子。這些正反電子對產(chǎn)生的對外壓力比光子小，使得恒星更不穩(wěn)定，容易發(fā)生非常劇烈的爆炸，損失掉大量能量。根據(jù)這樣的理論預計，恒星是不可能坍縮成65 倍至 120 倍太陽質(zhì)量的黑洞，這個質(zhì)量范圍稱為對不穩(wěn)定性斷檔。

那85倍太陽質(zhì)量黑洞到底是怎么來的？也許，它也是由兩個質(zhì)量更小的前身黑洞并合形成的？

LIGO 成員、加州理工學院教授阿蘭·魏施坦（Alan Weinstein）說道：“這個天文物理事件提出的問題比它回答的問題還要多?！?/p>

Virgo 成員、法國國家科學研究中心（CNRS）研究員 Nelson  Christensen則表示，質(zhì)量落在這個區(qū)間的黑洞足以讓很多天體物理學家抓耳撓腮。

甚至，這個引力波信號根本就不來自于黑洞？研究人員也在論文里提及了其他“腦洞”，比如這其實是我們銀河系內(nèi)一顆正在坍縮的恒星，或是宇宙早期的宇宙弦，但信號與相應理論的吻合程度都不高。

因此，科學家們最后選擇采用奧卡姆剃刀原則：最簡單的雙黑洞并合解釋，目前就是最好的。