引力波显示黑洞在碰撞前更喜欢特定的质量_解读分析最新消息 这是一种引力波爆炸

艺术家对物质从一颗恒星剥离到另一颗恒星的印象，去除了它们的氢外壳(图片来源:uux.cn/ESO/M. Kornmesser/S. E. de Mink)
（神秘的地球uux.cn）据美国太空网（基思·库珀）：依据对两个黑洞碰撞和合并时释放的引力波“啁啾声”频率的一项新探究，黑洞倾向于形成大约两个“通用”品质，相当于我们太阳品质的9倍和16倍。这些察觉或许最后为独立测量宇宙膨胀铺平道路。
自2015年以来，解读分析在专门为寻找时空中这些信息丰富的波纹而建造的站点上，探测器已然确认出90起引力波事情。这含有一些评测室，如美国的激光干涉引力波天文台(LIGO)，它的姐妹站，意大利的处女座和日本的神冈引力波探测器(KAGRA)。每次合并都会形成所谓的啁啾声，这是一种引力波爆炸，随着两个黑洞在碰撞和合并前彼此越来越靠近，频率迅速增多。岳云鹏巡演计划这种啁啾声的频率和振幅与已然合并的黑洞品质有关；它们的组合品质有时被称为“啁啾品质”
“当两个黑洞合并时，它们形成的引力波在地球上可以被‘听闻’，”德国海德堡理论探究所的天体物理学家、该探究的作者伊娃·拉普拉斯告诉Space.com。“经由收听这些啁啾声并对其开展确认，就有或许测量出遥远的合并黑洞的组合品质。”
有关:宇宙在哼唱着引力波。这就是为什么科学家们对这一察觉如此兴奋
恒星品质的黑洞是在大品质恒星死亡时形成的。尽管在某些状况下，大品质恒星会爆炸变成超新星，并留下致密的中子星，但在其他状况下，不会发生爆炸。相反，恒星的汇总排行核心在重力作用下严重坍塌，形成黑洞，最后导致恒星的其余若干在其周围塌陷。
这些黑洞的品质确定了它们合并时发出的引力波啁啾声的频率，也与形成它们的恒星的品质有关。所以，人们会觉得宇宙中存在各类各样的恒星品质黑洞，反映了它们的前身恒星的各类品质，事实上大多数状况都是如此。但是，天文学家很难找到更多与引力波事情有关的黑洞，这些黑洞的品质约为8-9个太阳品质和14-16个太阳品质，但出于某种缘由，差不多没有品质介于两者之间的黑洞。
如今，拉普拉斯与天体物理学家Fabian Schneider和同样来自德国海德堡理论探究所的关注快充技术消息Philip Podsiadlowski一起开展的新探究，解决了这种显著偏好合并黑洞以收敛于某些品质而不是其他品质的难题。
施耐德告诉Space.com:“我们的探究表明，在9到16个太阳品质之间，黑洞品质总是有差距的。”
大品质恒星内部发生了什么
品质差的存在是由一颗大品质恒星在接近其寿命终点时内部发生的事情确定的。
年轻的恒星经由其固有的核聚变过程在其核心“燃烧”氢；在大品质恒星中，这一过程的首要版次被称为碳-氮-氧(CNO)循环。这指的是关乎氢和那些元素的一长串反应，最后形成氦并释放众多能量为恒星提供动力。但是，一旦恒星的核心耗尽氢，其能量生产就会减弱。没有足够的能量支撑恒星，地核在重力作用下着手收缩。这使得地核的温度上升了数百万摄氏度，直到它的温度和密度足以着手燃烧氦并暂时停止收缩。
在这个阶段，恒星就像一个洋葱，有各类层次。它的核心是燃烧的氦。核心周围是一层未燃烧的氦，通常状况下，它周围是一层壳，仍在燃烧一些剩余的氢，形成更多的氦，沉入恒星核心。这些额外的氦进一步增多了核心的品质和温度，加速了控制恒星演化的核反应。最后，这将导致一颗超新星，通常要么是一颗中子星，要么是一个寂寞的黑洞，这取决于恒星核心的致密性(针对具有130-250个太阳品质和相当原始的化学成分的恒星，它们有时会爆炸，并在所谓的双不稳定性超新星中彻底毁灭自己，什么也不会留下)。

二元黑洞发射的引力波螺旋走向合并的插图(图片来源:uux.cn/LIGO/T .派尔)
相比之下，黑洞合并是大规模双星操控系统的产物。在它们依然身为恒星存在的时候，这两个亲密的伙伴能够互相窃取物质，剥去彼此燃烧氢的外壳。没有这层壳，恒星的核心就不会获得额外的氦，从而改变恒星的进化轨迹。失去氢壳的恒星核心内部的条件是热中微子——自发形成的微小幽灵般的粒子——逃离恒星，带走了若干核心热能。这下降了核心的温度，减缓了核反应。结局是能量生产的缩减，这使得地核在重力作用下进一步收缩。这导致了一个相当致密的核心，当恒星耗尽所有核燃料并死亡时，它会坍缩形成一个黑洞。
在双星操控系统中，这或许导致两个黑洞最后随着引力波的啁啾声合并。
施耐德说:“由于中微子丢失、核燃烧和核心收缩之间的繁琐相互作用，我们察觉特定核心品质的恒星更轻松坍缩成黑洞，而不是身为超新星爆炸并留下中子星。”
依据Schneider，Laplace和Podsiadlowski的计算，这种相互作用导致了普遍的黑洞品质。在他们的模型中，黑洞品质倾向于收敛于两个值，分别是我们太阳品质的9倍和16倍。这些值相当接近引力波资料中观察到的峰值，大约是8到14个太阳品质，所以它们不完全匹配，但仍在观察不确定性范围内。
测量宇宙的膨胀
某些品质的黑洞的存在不只告诉我们有关大品质恒星的物理学，并且也给天文学家提供了另一种测量宇宙膨胀率的方法，即哈勃常数。这在最近几年受到了留意，由于各异的方法给出了相互矛盾的哈勃常数值。
引力波啁啾的频率首要取决于所关乎的黑洞的总品质，但其中一若干也与它们的红移有关，红移告诉我们它们的距离，由于它们越远，宇宙的膨胀就越使它们向更长的波长移动。
到当下为止，还不或许将黑洞品质从啁啾的红移中分离出来。但是，得知大若干黑洞具有这些普遍品质给了科学家一个长处。
施耐德说:“然后，我们可以使用统计方法将品质从红移中分离出来。”这项技术将需要比我们当下拥有的更多的引力波事情样本，但原则上，它将提供一种从红移中测量哈勃常数的方法，这种方法独立于关乎规范烛光的方法，如Ia型超新星。
一个更大的引力波事情样本或许快要到来。一个新的关乎LIGO、室女座和KAGRA的为期20个月的观测促销最近已然着手，目的是察觉另外300个事情。我们不久就会得知，新的结局是否增强了宇宙品质分布的峰值，以及它们之间的差距。
这些察觉发表在天体物理学杂志《快报》上。