“瘦小版”黑洞现身：引力波立了哪些功？

　　LIGO目前已经探测到的双黑洞系统 图片来源：LIGO官网

　　美国时间11月15日，激光干涉引力波天文台（LIGO）官方网站发布消息，再次宣布接收到来自太空的引力波信号。而在目前通过引力波探测到的双黑洞中，形成此次引力波信号的双黑洞“体重”最轻。这次发现的意义何在？能与从电磁波观测得到的黑洞性质形成怎样的互补关系？科技日报记者就此采访了相关专家。

　　黑洞是宇宙中的“贪吃王”，它凭借巨大的引力将恒星等物质撕裂，并在身体外围形成一个“甜甜圈”模样的气体吸积盘，气体一边旋转一边向它靠近，最终被它吞进“肚”里。

　　吸积盘中气体高速旋转，越靠近黑洞转速越快，高速气体之间的摩擦会产生大量的热，使吸积盘中心部分气体温度达到惊人的高度并发出强烈的电磁辐射。通过天文望远镜观测宇宙中的电磁波，科学家可以推断黑洞的存在。

　　然而，可以探寻单个黑洞的电磁波观测在双黑洞面前陷入“盲区”。在双黑洞系统中，两个黑洞在最终的并合过程中，周围并没有气体存在，因此不会产生能够被探测到的电磁波辐射。

　　没有产生电磁波，并不意味着双黑洞系统无迹可寻。双黑洞并合前，会一边互相绕转一边释放出引力波。由于引力波带走了能量，两者会越转越近，直到撞上，释放出巨大的能量。因此，通过探测引力波，人们不仅能“捕捉”到双黑洞系统，还能“看见”它们并和的过程。

　　形成此次引力波信号的双黑洞“体重”是引力波探测历史上最小的。今年5月LIGO发布的第三次引力波事件，探测到两个分别为31.2和19.4个太阳质量的黑洞，而此次探测到的两个黑洞质量分别为7倍和12倍太阳质量。

　　“对于质量较小的恒星级双黑洞，在地面引力波探测器直接探测到它之前，科学家们并不确定它们是否存在，此次探测结果证实，小质量的双黑洞系统是存在的。”国家天文台研究员苟利军说道。如果说今年5月发布的引力波探测结果表明宇宙中存在“微胖界”黑洞，这次的结果意味着找到了“瘦小版”黑洞。

　　在描述引力波和电磁波探测的不同特质时，LIGO科学合作组织爆发源分析组联席主席Ik Siong Heng曾指出，传统的光谱观测能提供天体物理现象外层的动力学信息，但引力波观测则能让我们听到那些宇宙中最高能现象的“心跳”。

　　同样是获取黑洞的质量、自旋速度等物理性质，和电磁波探测相比，引力波探测方式更为直接。通过直接分析引力波波形，科学家们就能推算出黑洞的质量、自旋速度、两个黑洞互相绕转速度。

　　电磁波探测则是间接得到这部分信息。苟利军指出，通过观测黑洞周围的伴星和黑洞周围的吸积盘辐射，可以获得黑洞质量、黑洞自旋以及黑洞与伴星互相绕转速度。

　　值得一提的是，通过探测引力波，能获取双黑洞并合前每个黑洞的自旋信息，以及并合后形成的黑洞的自旋信息，这对理解双黑洞形成机制有重要意义。苟利军解释道，目前科学家认为双黑洞系统有两种形成可能：孤立双星演化，或者一颗黑洞捕捉另一颗。目前从引力波观测得到的黑洞并合前自旋信息，更多地支持后者。

　　但美中不足的是，引力波信号自身也存在一定缺陷，比如信号十分微弱，信号源定位误差非常大，仅仅利用引力波探测无法确认信号来自哪里。事实上，引力波与电磁波携带着天体不同类型的信息，对两者的探测互为印证。引力波及其电磁对应体的发现，有助于科学家结合不同信息研究天体的性质，并检验宇宙的基本规律。

　　就此次发现的黑洞而言，它有助于天文学家将从引力波观测得到的这类黑洞的性质与从X射线观测中发现的黑洞性质进行比较，填补这两类观测之间缺失的一环，促进多信使天文学的发展。