中大學者成功觀測天文奇境 迄今最重雙黑洞合併引發重力波

社會 20:00 2020/09/02

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國際科學合作組織激光干涉儀重力波觀測站(簡稱LIGO)和處女座重力波團隊(簡稱Virgo)宣布,探測到由兩個具理論上不允許的質量的黑洞,合併所產生的重力波。這是科學界首次觀測到中介質量黑洞,中大物理系黎冠峰教授和Juan Calderon Bustillo教授率領香港唯一參與LIGO研究工作的團隊,深入參與今次研究。

黑洞密度極高,一個質量如同太陽的黑洞,只有九龍般大細。科學家愛因斯坦在百多年前曾預言,兩個黑洞相撞時,會產生時空中的漣漪,稱為重力波(gravitational waves)。自2015年起,完成升級工作的LIGO探測器和Virgo探測器,已探測到數十次雙黑洞合併事件,讓科學家得以研究黑洞如何形成。

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科學家已知黑洞有兩種不同類別。第一種是只有太陽數倍質量的恆星黑洞,例如Advanced LIGO和Virgo過往所觀測到的黑洞。這些黑洞是恆星在演化後期耗盡燃料後無法承受自身重力而塌陷的天體。另一種是質量可達太陽數十億倍的超大質量黑洞,存在於幾乎所有星系的中心,包括人類所在的銀河系,它們會吞噬任何接近的物體。

科學家還推測,宇宙存在質量介乎這兩種類別之間,第三種黑洞類別「中介質量黑洞」。科學家一直無法證明它們的存在,直至今次研究發現,數據顯示兩個分別約85個太陽質量和66個太陽質量的黑洞,合併發出訊號。這次合併產生了一個142個太陽質量的黑洞,其餘9個太陽質量的物質則在數百毫秒內轉化成重力波,使得合併事件所釋放的光度,超出了整個可觀測宇宙所有星系的光度總和。 

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Calderon Bustillo表示,這次觀測是Advanced LIGO 和Virgo最震撼和令人興奮的發現之一。第一次觀測到中介質量黑洞,各種令人著迷的奧秘和挑戰亦隨之而來。就像恐龍化石一樣,可透過黑洞進行星宿間的考古,進一步了解恆星的誕生和死亡。

黎冠峰表示,如果科學家對恆星演化的認知是正確的話,這次相撞的兩個黑洞質量,不可能由恆星塌陷形成的。這可能意味著合併前的兩個黑洞,也是由其他黑洞合併而成的,形容這個發現非常有趣。

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責任編輯:吳卓峰