研究预测黑洞啁啾发生在两个通用频率范围

它们神秘、令人兴奋且不可避免——黑洞是宇宙中最奇特的物体之一。利用引力波探测器，可以探测到两个黑洞合并时产生的啁啾声，迄今为止已经发现了大约70个这样的啁啾声。

海德堡理论研究所(HITS)的一组研究人员现在预测，在这个“声音的海洋”中，啁啾声优先出现在两个通用频率范围内。该研究已发表在《天体物理学杂志快报》上。

2015年引力波的发现(爱因斯坦在100年前就已提出假设)获得了2017年诺贝尔物理学奖，并开启了引力波天文学的曙光。当两个恒星质量的黑洞合并时，它们会发出频率不断增加的引力波，即所谓的啁啾声信号，可以在地球上“听到”。通过观察这种频率演化(线性调频脉冲)，科学家可以推断出所谓的“线性调频质量”，这是两个单独黑洞质量的数学组合。

到目前为止，人们一直假设合并的黑洞可以有任意质量。然而，该团队的模型表明，一些黑洞具有标准质量，然后会产生普遍的鸣叫声。

HITS该项研究的负责人FabianSchneider表示：“普遍的线性调频质量的存在不仅告诉我们黑洞是如何形成的，它还可以用来推断哪些恒星在超新星中爆炸。”除此之外，它还提供了对超新星机制、不确定核和恒星物理的见解，并为科学家测量宇宙加速膨胀提供了一种新方法。

“对恒星最终命运的严重后果”

质量约为太阳3至100倍的恒星质量黑洞是大质量恒星的终点，这些恒星不会在超新星中爆炸，但会塌缩成黑洞。导致合并的黑洞的祖先最初诞生于双星系统，并经历了组件之间的几次质量交换：特别是，两个黑洞都来自于被剥离了包层的恒星。

牛津大学的菲利普·波德西亚德洛夫斯基(PhilippPodsiadlowski)表示：“包络线剥离对恒星的最终命运有着严重的影响。例如，它使恒星更容易在超新星中爆炸，并且还会导致普遍的黑洞质量，正如我们现在的模拟所预测的那样。”大学，该研究的第二作者，现任HITS的KlausTschira客座教授。

由于引力波探测器的灵敏度不断提高以及对此类物体的持续搜索，“恒星墓地”——所有已知质量的中子星和大质量恒星的黑洞残骸的集合——正在迅速增长。特别是，合并双黑洞的线性调频质量分布似乎存在间隙，并且有证据表明在大约8和14个太阳质量处存在峰值。这些特征与HITS团队预测的通用鸣叫声相对应。

该研究的第三作者伊娃·拉普拉斯说：“黑洞和线性调频质量分布的任何特征都可以告诉我们很多关于这些物体是如何形成的信息。”

自从第一次发现合并黑洞以来，很明显存在质量比我们银河系中发现的黑洞质量大得多的黑洞。这是这些黑洞的直接后果，这些黑洞起源于化学成分与银河系不同的恒星。HITS团队现在可以证明，无论化学成分如何，在紧密双星中被包层剥离的恒星会形成质量小于9倍到大于16倍太阳质量的黑洞，但几乎没有介于两者之间的黑洞。

在合并黑洞中，大约9个和16个太阳质量的通用黑洞质量在逻辑上意味着通用线性调频质量，即通用声音。

“在更新我关于引力波天文学的讲座时，我意识到引力波天文台已经发现了第一个迹象，表明我们的模型预测的宇宙质量不存在线性调频质量，”费边·施奈德说。“由于观测到的黑洞合并数量仍然相当低，目前还不清楚数据中的这一信号是否只是统计上的侥幸。”

无论未来引力波观测的结果如何：结果都将令人兴奋，并帮助科学家更好地了解这片声音海洋中歌唱的黑洞从何而来。

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