雙黑洞背后竟藏“神秘大佬”？我國科研團隊首次發(fā)現(xiàn)第三致密天體存在跡象

2015年人類首次探測到引力波以來，國際引力波探測聯(lián)合機構(gòu)（LIGO-Virgo-KAGRA合作組織）已探測超過100次引力波事件，其中絕大多數(shù)來自雙黑洞并合。這些事件為人類理解雙黑洞并合的物理過程提供了關(guān)鍵數(shù)據(jù)，但目前學術(shù)界對雙黑洞如何形成、如何演化的機制還不確定。

近日，中國科學院上海天文臺韓文標研究員帶領(lǐng)的科研團隊，首次發(fā)現(xiàn)這些雙黑洞可能并非“孤獨行者”，其背后可能隱藏著更為神秘的“大佬”——雙黑洞并合事件可能發(fā)生在第三個致密天體附近。這一突破性進展為揭開雙黑洞的形成之謎提供了全新線索，相關(guān)成果于8月1日發(fā)表在國際學術(shù)期刊《天體物理雜志快報》上。

LIGO-Virgo-KAGRA引力波合作組織公布的引力波事件。上海天文臺供圖

早在2018年，上海天文臺引力波團組負責人韓文標和合作者首次提出一個大膽的科學設(shè)想——一個超大質(zhì)量黑洞和一個繞其運行的恒星質(zhì)量雙黑洞組成“三人組”，當雙黑洞在超大質(zhì)量黑洞附近“跳舞”時，會受到其強大引力作用，軌道逐漸縮小并發(fā)射引力波。該“三人組”系統(tǒng)已被國際引力波探測LISA計劃列入白皮書，也被中國空間引力波探測計劃列為獨特波源。從那時起，科研團隊就開始從引力波數(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)。

科研團隊把目標瞄準了引力波事件GW190814。“這里的兩個黑洞挺不一般，其質(zhì)量大小差了快10倍。這么懸殊的組合可能是它們曾和一個超大質(zhì)量黑洞組成‘三人組’，在彼此的引力拉扯下越靠越近；也有人認為它們誕生在活動星系核的吸積盤里，被周圍其他致密天體的引力推搡著慢慢靠近，最終并合。”論文第一作者楊舒程博士介紹。

雙黑洞在超大質(zhì)量黑洞附近并合。上海天文臺供圖

研究發(fā)現(xiàn)雙黑洞在第三個致密天體附近并合。上海天文臺供圖

科研團隊還注意到，若雙黑洞在第三個致密天體附近并合，其繞第三個天體的軌道運動會產(chǎn)生視向加速度——即沿觀測者視線方向的加速度。這種加速度會通過多普勒效應(yīng)改變引力波的頻率，在信號中留下獨特“印記”。為捕捉這一信號，團隊構(gòu)建了一種包含視向加速度的引力波波形模板，對多個高信噪比雙黑洞事件進行了分析，結(jié)果表明相關(guān)數(shù)據(jù)強烈支持引力波事件GW190814“存在視向加速度”。

“這是國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。”韓文標表示，這一發(fā)現(xiàn)意味著GW190814的雙黑洞可能并非孤立形成，而是處于一個更復雜的引力系統(tǒng)中，在揭示雙黑洞形成通道方面具有重要價值。