天文学家发现中等质量黑洞的新证据
左：源坐标系中二元线性调频质量的后验分布，作为推断的有效螺旋自旋参数的函数。右：根据使用NRSur7dq4模型的RIFT推断，剩余黑洞的质量和无量纲自旋的后验分布。两个面板的二维图显示了使用NRSur7dq4模型的RIFT进行推理的90%可信区域。使用NRSur7dq4波形模型，粗灰色和填充黑色后验分别表示GW170502和GW190521的LVK后验分布。来源：《天体物理学杂志快报》（2025）。DOI:10.3847/2041-8213/adc5f8
（蜘蛛网eeook.com）据范德比尔特大学（Mary Lou Watkinson）：在黑洞的世界里，通常有三种大小的类别：恒星质量黑洞（大约是太阳质量的5到50倍）、超大质量黑洞（太阳质量的数百万到数十亿倍）和质量介于两者之间的中等质量黑洞。
虽然我们知道中等质量黑洞应该存在，但对它们的起源或特征知之甚少——它们被认为是黑洞演化中罕见的“缺失环节”。
然而，四项新的研究为这个谜团提供了新的线索。这项研究是由物理学和天文学助理教授Karan Jani的实验室团队领导的，他也是范德比尔特月球实验室倡议的创始主任。
主要论文“LIGO Virgo第三次观测运行中‘Lite’中等质量黑洞候选者的性质”发表在《天体物理学杂志快报》上，由月球实验室博士后Anjali Yelikar和天体物理学博士候选人Krystal Ruiz Rocha领导。该团队重新分析了美国诺贝尔奖获得者激光干涉引力波天文台（LIGO）探测器和意大利处女座探测器的数据。
研究人员发现，这些波对应于质量大于太阳100到300倍的黑洞的合并，使其成为天文学中记录的最重的引力波事件。
“黑洞是终极宇宙化石，”Jani说。“这项新分析中报告的黑洞质量在天文学中仍然具有高度的推测性。这一新的黑洞群体为照亮我们宇宙的第一批恒星打开了一扇前所未有的窗户。”
像LIGO这样的地球探测器只能捕捉到这些“轻质”中等质量黑洞最终碰撞的瞬间，这使得确定宇宙是如何创造它们变得具有挑战性。
在《天体物理学杂志》上发表的另外两项研究中，由Ruiz Rocha领导的“黑洞之海：表征恒星起源黑洞双星的LISA特征”和由前夏季研究实习生Shobhit Ranjan领导的“两个黑洞的故事：反冲冲击的多带引力波测量”，该团队表明LISA可以在这些黑洞合并前几年跟踪它们，从而揭示它们的起源、演化和命运。
探测黑洞碰撞产生的引力波需要极高的精度，就像在飓风期间试图听到一根针掉落一样。在《天体物理学杂志》发表的第四项研究中，“矩阵中没有故障：噪声伪影下引力波信号的稳健重建”，该团队展示了人工智能模型如何保证这些黑洞的信号不受数据中环境和探测器噪声的影响。该论文由博士后研究员Chayan Chatterjee领导，并扩展了Jani与数据科学研究所合作的新信使人工智能计划。
Ruiz-Rocha说：“我们希望这项研究能够加强中等质量黑洞作为从地球到太空的引力波探测器网络中最令人兴奋的来源的说法。”。“每一次新的探测都让我们更接近于了解这些黑洞的起源，以及它们为什么落入这个神秘的质量范围。”
Yelikar说，未来，该团队将探索如何使用月球上的探测器观测中等质量黑洞。
她说：“从月球表面获得较低的引力波频率可以让我们识别这些黑洞所处的环境——这是地球探测器根本无法解决的问题。”。
作为参与这项研究的一部分，Jani将为太阳物理学、物理学和物理科学小组做出贡献，以确定和阐明与太阳物理学、空间天气、天文学和基础物理学相关的科学目标，这些目标最有可能由月球上的人类探险家实现。
贾尼说：“这是历史上一个激动人心的时刻，不仅是研究黑洞，也是将科学前沿与太空和月球探索的新时代结合在一起。”。“我们有一个难得的机会来培养下一代学生，他们的发现将由月球塑造和利用。”
