两个超大质量黑洞的“禁止”合并可能并不像之前想象的那么不可能。新的研究表明，所涉及的黑洞比预期的要小。
2023年11月23日引力波探测器 联盟 （激光干涉仪引力波天文台）检测到两个黑洞合并引起的时空微小波纹。突出显示了这个信号的惊人之处 GW231123结果似乎是 一个黑洞 140倍以上 太阳的质量 与另一个质量为 100 个太阳质量的物体相撞。
这引起了研究人员的关注，因为传统的恒星演化模型很难解释如此巨大的黑洞，尤其是那些旋转速度与这两个黑洞一样快的黑洞。当科学家试图解释为什么如此奇怪时 双黑洞 可以形成。这项新研究背后的团队认为根本不需要解释。他们认为这些黑洞的质量是一种幻觉。
这种错觉的关键是一种称为引力透镜的现象，它是由阿尔伯特·爱因斯坦的引力理论于 1915 年首次预测的， 广义相对论谁也是第一个预测其存在的人 引力波。该理论指出，具有质量的物体会导致空间和时间的弯曲合并成一个称为“时空”的四维实体。物体的质量越大，曲率就越大，并且由于重力来自该曲率，因此重力影响就越大。
当来自背景物体的光穿过前景中的大质量物体时，就会发生引力透镜效应。前景物体可以通过弯曲光路来扭曲时空结构。这意味着来自同一背景源的光可以在不同时间到达地球，具体取决于光被重定向的程度。
这种传播时间的差异可以放大背景源，并已被非常有效地用于观察通常太微弱而无法看到的遥远而古老的星系。
该研究小组认为，这种效应也适用于引力波，这表明 GW231123 信号是时空波引力透镜效应的一个例子，它使黑洞看起来比实际大小更大。
“像光一样，引力波可以被大质量物体偏转、放大并分裂成多个信号，”阿尔伯特·爱因斯坦研究所（AEI）天体物理和宇宙相对论系组长、团队成员米格尔·祖玛拉卡雷吉（Miguel Zumalacárregui）说。 他在一份声明中说。 “对于引力波，衍射和干涉效应为我们提供了另一种识别和研究透镜信号的方法。”
为了研究这种可能性，该团队开发了引力透镜的数学模型，并创建了足够强大且快速的软件来分析它。
“如果我们假设 GW231123 被一个大约 190 到 850 个太阳质量的致密天体或一个扩展结构（例如 球状星团 ——我们可以理解观察到的大质量，”在 AEI 工作并进行这项研究的团队成员 Srashti Goyal 说。“此外，透镜解释不需要异常高的自旋。”
当团队考虑到这一点对事件进行建模时，他们发现合并涉及一个质量为 140 个太阳质量的系统，而不是最初理论中的 240 个太阳质量的系统。
该团队并不完全确定哪个大质量物体造成了 GW231123 引力波信号的透镜化。但无论如何，如果团队是对的，这款镜头可能会非常特别。
“在我们的分析中，透镜的性质仍然是一个很大的谜团，因为 100 到 1000 个太阳质量的单个紧凑透镜应该是极其罕见的，”祖马拉卡雷吉说。 “未来的工作必须确定这样的透镜是否可以形成，或者包括恒星在内的一组较轻的物体是否可以解释这一事件。”
该团队还不能明确地说GW231123是否是引力透镜引力波的第一个信号。未来寻找此类信号需要升级 LIGO 等探测器的灵敏度。
然而，甚至在此之前，研究就指出了引力波天文学在研究宇宙中一些最剧烈的事件方面的用途。
该团队的研究成果于 8 月 25 日发表在期刊上 天体物理学期刊快报。
