科學家利用引力波數據發現兩類不同起源的黑洞
近日，中國科學院紫金山天文臺研究員范一中領銜的研究團隊，利用引力波探測器陣列LIGO-Virgo-KAGRA的GWTC-3觀測數據研究了并合黑洞的形成問題，揭示了恒星塌縮形成和重復并合形成的兩類黑洞的分布特征。研究成果以Resolving the stellar-collapse and hierarchical-merger origins of the coalescing black holes為題，發表在《物理評論快報》（PRL）上。
目前，LIGO-Virgo-KAGRA已經探測到大約70例高置信度雙黑洞并合事件。然而，這些黑洞的天體物理學起源依然懸而未決。它們中的大多數被認為起源于恒星坍縮，有些可能是先前并合的產物，可靠地區分這兩組子類具有挑戰性。
紫金山天文臺引力波天文研究團隊提出了一種新的數據驅動的種群統計模型，該模型考慮了黑洞的質量和自旋分布之間的相關性，有利于解析不同起源黑洞的子類。研究團隊將這種方法應用于最新的GWTC-3數據，成功揭示了自旋大小和質量分布區別顯著的兩個子類。其中，大質量/高自旋黑洞子群的典型特征是自旋大小約為0.7，與雙黑洞并合形成產物的特征一致。質量較小/低自旋的黑洞子群在質量大約為40個太陽質量處存在一個截止，這與“對不穩定超新星”爆炸的理論預測高度吻合。該研究不僅成功揭示了并合黑洞的起源，還為研究宇宙膨脹提供了新途徑。
該工作得到國家自然科學基金項目及新基石基金會的支持。
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