每一對(duì)合并黑洞的背后，都有一位神秘的“巨人”？

發(fā)生在神秘超大質(zhì)量黑洞引力場(chǎng)中的黑洞合并事件。

中國(guó)科學(xué)院上海天文臺(tái)（SHAO）

近日在一篇發(fā)表于《天體物理學(xué)快報(bào)》上的論文中，來(lái)自中國(guó)的科學(xué)家稱(chēng)，宇宙中那些合并的雙黑洞背后，可能隱藏著來(lái)自第三方的神秘力量。

由中國(guó)上海天文臺(tái)韓文標(biāo)博士主持的科研團(tuán)隊(duì)在研究中發(fā)現(xiàn)了一個(gè)有力證據(jù)，表明觸發(fā)GW190814引力波事件的黑洞合并，是在第三方致密天體的強(qiáng)引力場(chǎng)中發(fā)生的。

自2015年首次探測(cè)到引力波以來(lái)，人們已經(jīng)觀測(cè)到大量由雙黑洞合并觸發(fā)的引力波事件——但是對(duì)于其中的細(xì)節(jié)知之甚少。

韓文標(biāo)博士的團(tuán)隊(duì)此前曾經(jīng)提出過(guò)一個(gè)模型，描述了一種由超大質(zhì)量黑洞俘獲雙黑洞系統(tǒng)，進(jìn)而形成多級(jí)三體系統(tǒng)的可能性。在這種多級(jí)三體系統(tǒng)中，一對(duì)黑洞會(huì)作為一個(gè)整體環(huán)繞另一個(gè)超大質(zhì)量黑洞運(yùn)行，并產(chǎn)生多頻段引力波。

為了證明雙黑洞合并確有可能發(fā)生在超大質(zhì)量黑洞引力場(chǎng)中，研究人員一直在引力波數(shù)據(jù)庫(kù)中尋找證據(jù)。

此次人們重點(diǎn)關(guān)注了GW190814引力波事件，因?yàn)橛|發(fā)該事件的雙黑洞質(zhì)量比高達(dá)10∶1——這種極端的質(zhì)量比，意味著它們可能曾經(jīng)與一個(gè)超大質(zhì)量黑洞組成過(guò)三體系統(tǒng)，并在引力的作用下逐漸接近最終融合；它們也有可能形成于活躍星系核的吸積盤(pán)內(nèi)，并在周?chē)渌旅芴祗w的引力影響下逐漸靠攏合并。

研究人員稱(chēng)，如果雙黑洞是在第三方致密天體附近合并的，那么它們環(huán)繞該天體的軌道運(yùn)動(dòng)，就會(huì)導(dǎo)致它們合并后在視線(xiàn)方向上獲得一個(gè)加速度。這個(gè)加速度會(huì)產(chǎn)生“多普勒效應(yīng)”，改變其產(chǎn)生的引力波頻率，并在我們探測(cè)到的信號(hào)中留下獨(dú)特印記。

研究人員開(kāi)發(fā)了一個(gè)將這種視線(xiàn)加速度包含在內(nèi)的引力波波形模板，并用“貝葉斯推斷”分析了多個(gè)高信噪比的雙黑洞合并事件數(shù)據(jù)。

結(jié)果顯示，引入視線(xiàn)加速度亦即引入第三方黑洞影響的模型，要明顯優(yōu)于傳統(tǒng)的孤立雙黑洞模型。

數(shù)據(jù)顯示，該對(duì)雙黑洞沿視線(xiàn)方向存在的加速度約為0.002c/s（c為光速）。數(shù)值置信水平90%，“貝葉斯因子”（模型可信度）58∶1。這表明觸發(fā)GW190814事件的這對(duì)黑洞確實(shí)更有可能隸屬于一個(gè)比其本身更加復(fù)雜的引力系統(tǒng)。

韓文標(biāo)博士稱(chēng)，這是首次發(fā)現(xiàn)相關(guān)證據(jù)，表明雙黑洞合并事件中存在第三方致密天體。

參考 Indication for a Compact Object Next to a LIGO–Virgo Binary Black Hole Merger https://iopscience.iop.org/article/10.3847/2041-8213/adeaad