科学家发现黑洞在“被压扁”的轨道上相撞，这是一个前所未有的宇宙奥秘

“自信地检测偏心率对于确定我们在引力波中看到的双黑洞是如何形成的至关重要，”Isobel Romero-Shaw 博士解释道。图片来源：卡迪夫大学

（蜘蛛网eeook.com）据今日科学新闻：在时空结构的深处，两股巨大的力量相互盘旋——一对黑洞，每个黑洞都是一颗曾经强大的恒星坍塌的核心。亿万年来，他们在错综复杂的宇宙舞蹈中相互盘旋，他们的引力拥抱越来越紧，直到他们最终碰撞出一股如此强大的爆发，以至于在宇宙本身产生涟漪。这些被称为引力波的涟漪传播了数十亿光年，然后微弱地颤抖了美国激光干涉仪引力波天文台 （LIGO） 和意大利处女座的探测器。

这个名为GW200208_222617的事件听起来像是一串数字和字母，但它的背后却隐藏着现代天体物理学中最耐人寻味、最神秘的故事之一。这不仅仅是黑洞之间的另一次碰撞——这是更罕见的事情。这些黑洞似乎被锁定在一个偏心的、“被压扁”的轨道上，这种不寻常的配置暗示着一个混乱而拥挤的起源。

对于未经训练的人来说，所有黑洞合并似乎都很相似——两个看不见的泰坦在虚空中碰撞。但科学家可以通过研究它们的轨道形状和它们产生的涟漪来区分它们的历史。大多数双黑洞在合并时都遵循几乎完美的圆形路径。这种圆化的发生是因为，当两个黑洞相互绕行时，它们会通过引力波失去能量，逐渐消除轨道上任何最初的不规则性。

然而GW200208_222617打破了这种模式。它产生的引力波揭示了一个微妙的特征——轨道偏心率，这意味着两个黑洞不是以光滑的圆圈盘旋在一起，而是以细长的椭圆形路径盘旋在一起。就好像他们最后的舞蹈被扭曲了，仿佛被看不见的手拉着。

这一线索表明，这些黑洞可能不会独自在太空中度过一个安静的永恒。相反，它们可能是熙熙攘攘的恒星环境的一部分——三重星系统或密集的星团——在那里，与其他恒星或黑洞的引力相互作用使它们陷入古怪的舞蹈中。

为了揭开这一非凡事件的起源，一个国际天体物理学家团队求助于先进的模拟。他们模拟了双黑洞系统的三个可能的发源地：

1.场三元组，其中两个黑洞是具有第三颗伴星的系统的一部分。

2.一个密集的星团，许多恒星和黑洞近距离相互作用。

3.一个活跃的星系核，围绕超大质量黑洞的旋转、高能物质盘。

他们的结果发表在《物理评论 D》上，强烈支持前两种情况。看来GW200208_222617出生并不是孤立无援的，而是在一个混乱盛行的环境中诞生的——一个引力丛林，巨大的物体之间频繁而暴力地相遇。

该研究的主要作者、卡迪夫大学重力探索研究所的研究员 Isobel Romero-Shaw 博士解释了这一发现的重要性：

“自信地检测偏心率对于确定我们在引力波中看到的双黑洞是如何形成的至关重要的。大多数长期生活在一起的双星都会有圆形轨道。如果轨道被压扁或偏心，则意味着双星要么是最近才被束缚的——也许这些成分只是刚刚相遇——要么通过与外部物质（如气体或第三个物体）的相互作用将轨道推向更高的偏心率。

偏心不仅仅是一种几何好奇心——它是一个宇宙指纹。当天文学家检测到偏心轨道时，它告诉他们合并并不是在孤独中发生的。一对从两颗大质量恒星悄然一起演化而来的黑洞将在数百万年内随着引力波耗尽它们的能量而失去轨道偏心率。当他们碰撞时，他们的舞蹈是流畅而圆润的。

但轨道被压扁意味着有什么东西扰乱了这种平静——第三颗恒星、附近的黑洞，甚至是一群恒星的邻居。这些相互作用可以将双星抛入更紧密、更快的轨道，显着加快它们的合并速度，并在引力波中留下可检测到的偏心率痕迹。

罗梅罗-肖博士将此描述为“冒烟的证据”——这些黑洞有陪伴的明显迹象。“如果自信地检测到一个偏心事件，”她说，“我们看到的更多双黑洞也可能通过相同的形成通道演化而来。

GW200208_222617的发现为黑洞如何遭遇命运的故事增添了新的篇章。在浩瀚的宇宙中，有许多通往黑洞合并的道路。有些从双星系统开始，两颗大质量恒星一起出生、生活、死亡并坍缩成继续相互绕行的黑洞。其他的则是通过密集星团中的引力相遇形成的，黑洞之间的偶然相遇可以形成暂时的伙伴关系，最终以碰撞告终。

这一事件的偏心率强烈表明了动态形成，很可能是在引力拔河游戏很常见的密集恒星环境中。这些地方——球状星团或拥挤的星系核心——充满了大质量恒星和黑洞，它们都相互影响。一个小的扰动可以使两个黑洞走上碰撞路线，它们的轨道被拉伸和扭曲，直到最终的灾难性合并。

能够发现和分析这些细微的线索，是现代科学最伟大的成就之一。LIGO、Virgo 和 KAGRA 等引力波天文台打开了一扇通往宇宙的全新窗口。天文学家现在不再看到光，而是在聆听时空本身的振动——数十亿年前发生的灾难性事件产生的微弱涟漪。

每一次探测都增加了人类不断增长的宇宙碰撞目录。但并非所有人都是一样的。GW200208_222617的不寻常偏心率正在帮助科学家完善他们的模型并了解不同的环境如何塑造黑洞的生死。

在复杂的模拟和引力数据的背后，是科学家们，他们就像宇宙侦探一样，从最微弱的信号中拼凑出宇宙的故事。对于罗梅罗-肖博士和她的同事来说，这项工作既是情感的，也是智力的。他们正在追踪古代灾难的回声——早在地球上存在生命之前就重塑了时空的事件。

研究如此遥远的现象是一种深深的谦卑。曾经围绕着这些黑洞的恒星发出的光可能在亿万年前就消失了，但它们的引力低语今天仍然传达在我们身边，传递着跨越时间的信息。解读它们，就是读宇宙的自传，一次一次碰撞。

随着引力波天文学的成熟，科学家们正在构建越来越复杂的模型来解释他们检测到的信号。研究GW200208_222617的团队希望他们的发现能够推动波形建模的进一步进步——引力波在复杂系统发射时如何表现的数学描述。

有了更好的模型，未来的探测可以揭示更详细的信息：黑洞的自旋、质量以及它们来自的环境。每一次新的观测都加深了我们对星系如何演化以及引力如何塑造宇宙的理解。

在一个光可以被吞噬但引力在歌唱的宇宙中，黑洞合并是最戏剧性的表演。GW200208_222617的发现以其奇特的、被压扁的轨道提醒我们，即使在最深的黑暗中，也有模式、关系和历史有待发现。

这些宇宙碰撞不是随机的破坏行为。它们是巨大进化过程的一部分，塑造星系并为宇宙播种能量。我们从遥远的合并中检测到的每一个涟漪都讲述了一个转变的故事——从恒星到黑洞，从混乱到和谐，从寂静到声音。

通过 LIGO 和 Virgo 等乐器，人类学会了倾听宇宙最深沉的声音。而我们听到的，既令人难以忘怀，又美妙：创造的回响，命运的共鸣，以及在时空本身的结构中演奏的永恒的安静音乐。

更多信息：Isobel Romero-Shaw 等人，GW200208_222617偏心黑洞双星合并：性质和天体物理学影响，物理评论 D （2025）。DOI：10.1103/jj7m-x66y