雙黑洞在超大質(zhì)量黑洞附近并合想象圖。上海天文臺供圖
嘿！你以為看見宇宙中神秘的雙黑洞共舞就很震撼了？那可能要刷新一下認知了。
并合的雙黑洞背后，還藏著更隱秘的“大佬”。中國科學院上海天文臺科研人員最近在引力波天文學領域取得了突破性發(fā)現(xiàn)：雙黑洞并合事件可能發(fā)生在第三個致密天體的“眼皮子底下”。
這一發(fā)現(xiàn)為揭開雙黑洞的形成之謎提供了全新線索，相關成果于近日發(fā)表在國際天文學學術期刊《天體物理雜志快報》上。
自2015年人類首次探測到引力波以來，人類就仿佛握住了聆聽宇宙深處心跳的鑰匙。相關領域的科學家們作為宇宙的“忠實聽眾”，迄今已捕捉到超過100次引力波事件，其中絕大多數(shù)來自雙黑洞并合。這些來自宇宙彼端的轟鳴，供人類探索雙黑洞并合前最后的“宇宙雙人舞”，提供了理解其物理過程的寶貴線索。然而，這場壯麗演出的幕后，雙黑洞如何誕生？又如何一步步共舞直至并合湮滅？這依然是橫亙在科學家面前的巨大謎題。
“2018年，我和合作者首次提出了b-EMRI，就是由一個超大質(zhì)量黑洞抓住一對雙黑洞，形成一個‘三人組’。雙黑洞在超大質(zhì)量黑洞附近‘跳舞’，進而輻射多頻段的引力波。該系統(tǒng)在國際上被LISA計劃寫入白皮書，也被中國空間引力波探測計劃列為獨特波源。”此次成果論文通訊作者、上海天文臺引力波團組負責人韓文標研究員說。
科研團隊從2018年起，就已經(jīng)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)。經(jīng)過分析，團隊把目標瞄準了引力波事件GW190814。
“GW190814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。”論文的第一作者楊舒程說。
研究團隊敏銳地觀察到，當雙黑洞在第三個致密天體附近并合時，它環(huán)繞第三個天體的軌道運動會產(chǎn)生一種關鍵效應“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調(diào)制引力波的頻率，從而在探測信號中留下獨特的“加速度印記”。
為了精準捕獲這一微妙信號，團隊創(chuàng)新性地構(gòu)建了一種新型引力波波形模板，其中直接融入了視向加速度的影響?；谶@一模板，他們應用貝葉斯推斷方法，系統(tǒng)分析了多個高信噪比雙黑洞事件的引力波數(shù)據(jù)。
結(jié)果顯示，對于著名的GW190814事件，包含視向加速度的新模型表現(xiàn)顯著超越傳統(tǒng)的“孤立雙黑洞”模型。
“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。”韓文標說，“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。”
研究團隊表示，隨著下一代地面引力波探測器和空間探測器投入使用，人類將能更精確地捕捉引力波信號中的細微變化。未來可能會發(fā)現(xiàn)更多類似GW190814的事件，幫助人類理解雙黑洞的形成演化機制。
雙黑洞在超大質(zhì)量黑洞附近并合想象圖。上海天文臺供圖
嘿！你以為看見宇宙中神秘的雙黑洞共舞就很震撼了？那可能要刷新一下認知了。
并合的雙黑洞背后，還藏著更隱秘的“大佬”。中國科學院上海天文臺科研人員最近在引力波天文學領域取得了突破性發(fā)現(xiàn)：雙黑洞并合事件可能發(fā)生在第三個致密天體的“眼皮子底下”。
這一發(fā)現(xiàn)為揭開雙黑洞的形成之謎提供了全新線索，相關成果于近日發(fā)表在國際天文學學術期刊《天體物理雜志快報》上。
自2015年人類首次探測到引力波以來，人類就仿佛握住了聆聽宇宙深處心跳的鑰匙。相關領域的科學家們作為宇宙的“忠實聽眾”，迄今已捕捉到超過100次引力波事件，其中絕大多數(shù)來自雙黑洞并合。這些來自宇宙彼端的轟鳴，供人類探索雙黑洞并合前最后的“宇宙雙人舞”，提供了理解其物理過程的寶貴線索。然而，這場壯麗演出的幕后，雙黑洞如何誕生？又如何一步步共舞直至并合湮滅？這依然是橫亙在科學家面前的巨大謎題。
“2018年，我和合作者首次提出了b-EMRI，就是由一個超大質(zhì)量黑洞抓住一對雙黑洞，形成一個‘三人組’。雙黑洞在超大質(zhì)量黑洞附近‘跳舞’，進而輻射多頻段的引力波。該系統(tǒng)在國際上被LISA計劃寫入白皮書，也被中國空間引力波探測計劃列為獨特波源。”此次成果論文通訊作者、上海天文臺引力波團組負責人韓文標研究員說。
科研團隊從2018年起，就已經(jīng)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)。經(jīng)過分析，團隊把目標瞄準了引力波事件GW190814。
“GW190814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。”論文的第一作者楊舒程說。
研究團隊敏銳地觀察到，當雙黑洞在第三個致密天體附近并合時，它環(huán)繞第三個天體的軌道運動會產(chǎn)生一種關鍵效應“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調(diào)制引力波的頻率，從而在探測信號中留下獨特的“加速度印記”。
為了精準捕獲這一微妙信號，團隊創(chuàng)新性地構(gòu)建了一種新型引力波波形模板，其中直接融入了視向加速度的影響。基于這一模板，他們應用貝葉斯推斷方法，系統(tǒng)分析了多個高信噪比雙黑洞事件的引力波數(shù)據(jù)。
結(jié)果顯示，對于著名的GW190814事件，包含視向加速度的新模型表現(xiàn)顯著超越傳統(tǒng)的“孤立雙黑洞”模型。
“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。”韓文標說，“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。”
研究團隊表示，隨著下一代地面引力波探測器和空間探測器投入使用，人類將能更精確地捕捉引力波信號中的細微變化。未來可能會發(fā)現(xiàn)更多類似GW190814的事件，幫助人類理解雙黑洞的形成演化機制。
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