藝術(shù)家對(duì)物質(zhì)從一顆恒星剝離到另一顆恒星的印象，去除了它們的波顯氫外殼(圖片來(lái)源:uux.cn/ESO/M. Kornmesser/S. E. de Mink)
（神秘的地球uux.cn）據(jù)美國(guó)太空網(wǎng)（基思·庫(kù)珀）：根據(jù)對(duì)兩個(gè)黑洞碰撞和合并時(shí)釋放的引力波“啁啾聲”頻率的一項(xiàng)新研究，黑洞傾向于形成大約兩個(gè)“通用”質(zhì)量，示黑海口外圍（海口外圍女）外圍預(yù)約（電話微信156-8194-*7106）全國(guó)一二線熱門城市快速安排30分鐘到達(dá)相當(dāng)于我們太陽(yáng)質(zhì)量的洞碰定9倍和16倍。這些發(fā)現(xiàn)可能最終為獨(dú)立測(cè)量宇宙膨脹鋪平道路。撞前質(zhì)量
自2015年以來(lái)，更喜在專門為尋找時(shí)空中這些信息豐富的歡特波紋而建造的站點(diǎn)上，探測(cè)器已經(jīng)識(shí)別出90起引力波事件。引力這包括一些實(shí)驗(yàn)室，波顯如美國(guó)的示黑激光干涉引力波天文臺(tái)(LIGO)，它的洞碰定姐妹站，意大利的撞前質(zhì)量處女座和日本的神岡引力波探測(cè)器(KAGRA)。每次合并都會(huì)產(chǎn)生所謂的更喜啁啾聲，這是歡特一種引力波爆炸，隨著兩個(gè)黑洞在碰撞和合并前彼此越來(lái)越靠近，引力頻率迅速增加。海口外圍（海口外圍女）外圍預(yù)約（電話微信156-8194-*7106）全國(guó)一二線熱門城市快速安排30分鐘到達(dá)這種啁啾聲的頻率和振幅與已經(jīng)合并的黑洞質(zhì)量有關(guān)；它們的組合質(zhì)量有時(shí)被稱為“啁啾質(zhì)量”
“當(dāng)兩個(gè)黑洞合并時(shí)，它們產(chǎn)生的引力波在地球上可以被‘聽(tīng)到’，”德國(guó)海德堡理論研究所的天體物理學(xué)家、該研究的作者伊娃·拉普拉斯告訴Space.com。“通過(guò)收聽(tīng)這些啁啾聲并對(duì)其進(jìn)行分析，就有可能測(cè)量出遙遠(yuǎn)的合并黑洞的組合質(zhì)量。”
相關(guān):宇宙在哼唱著引力波。這就是為什么科學(xué)家們對(duì)這一發(fā)現(xiàn)如此興奮
恒星質(zhì)量的黑洞是在大質(zhì)量恒星死亡時(shí)形成的。雖然在某些情況下，大質(zhì)量恒星會(huì)爆炸成為超新星，并留下致密的中子星，但在其他情況下，不會(huì)發(fā)生爆炸。相反，恒星的核心在重力作用下嚴(yán)重坍塌，形成黑洞，最終導(dǎo)致恒星的其余部分在其周圍塌陷。
這些黑洞的質(zhì)量決定了它們合并時(shí)發(fā)出的引力波啁啾聲的頻率，也與形成它們的恒星的質(zhì)量有關(guān)。因此，人們會(huì)認(rèn)為宇宙中存在各種各樣的恒星質(zhì)量黑洞，反映了它們的前身恒星的各種質(zhì)量，事實(shí)上大多數(shù)情況都是如此。然而，天文學(xué)家很難找到更多與引力波事件有關(guān)的黑洞，這些黑洞的質(zhì)量約為8-9個(gè)太陽(yáng)質(zhì)量和14-16個(gè)太陽(yáng)質(zhì)量，但出于某種原因，幾乎沒(méi)有質(zhì)量介于兩者之間的黑洞。
現(xiàn)在，拉普拉斯與天體物理學(xué)家Fabian Schneider和同樣來(lái)自德國(guó)海德堡理論研究所的Philip Podsiadlowski一起進(jìn)行的新研究，解決了這種明顯偏好合并黑洞以收斂于某些質(zhì)量而不是其他質(zhì)量的問(wèn)題。
施耐德告訴Space.com:“我們的研究表明，在9到16個(gè)太陽(yáng)質(zhì)量之間，黑洞質(zhì)量總是有差距的。”
大質(zhì)量恒星內(nèi)部發(fā)生了什么
質(zhì)量差的存在是由一顆大質(zhì)量恒星在接近其壽命終點(diǎn)時(shí)內(nèi)部發(fā)生的事情決定的。
年輕的恒星通過(guò)其固有的核聚變過(guò)程在其核心“燃燒”氫；在大質(zhì)量恒星中，這一過(guò)程的主要版本被稱為碳-氮-氧(CNO)循環(huán)。這指的是涉及氫和那些元素的一長(zhǎng)串反應(yīng)，最終產(chǎn)生氦并釋放大量能量為恒星提供動(dòng)力。然而，一旦恒星的核心耗盡氫，其能量生產(chǎn)就會(huì)減弱。沒(méi)有足夠的能量支撐恒星，地核在重力作用下開(kāi)始收縮。這使得地核的溫度上升了數(shù)百萬(wàn)攝氏度，直到它的溫度和密度足以開(kāi)始燃燒氦并暫時(shí)停止收縮。
在這個(gè)階段，恒星就像一個(gè)洋蔥，有各種層次。它的核心是燃燒的氦。核心周圍是一層未燃燒的氦，通常情況下，它周圍是一層殼，仍在燃燒一些剩余的氫，產(chǎn)生更多的氦，沉入恒星核心。這些額外的氦進(jìn)一步增加了核心的質(zhì)量和溫度，加速了控制恒星演化的核反應(yīng)。最終，這將導(dǎo)致一顆超新星，通常要么是一顆中子星，要么是一個(gè)孤獨(dú)的黑洞，這取決于恒星核心的致密性(對(duì)于具有130-250個(gè)太陽(yáng)質(zhì)量和相當(dāng)原始的化學(xué)成分的恒星，它們有時(shí)會(huì)爆炸，并在所謂的雙不穩(wěn)定性超新星中徹底毀滅自己，什么也不會(huì)留下)。

二元黑洞發(fā)射的引力波螺旋走向合并的插圖(圖片來(lái)源:uux.cn/LIGO/T .派爾)
相比之下，黑洞合并是大規(guī)模雙星系統(tǒng)的產(chǎn)物。在它們?nèi)匀蛔鳛楹阈谴嬖诘臅r(shí)候，這兩個(gè)親密的伙伴能夠互相竊取物質(zhì)，剝?nèi)ケ舜巳紵龤涞耐鈿ぁ](méi)有這層殼，恒星的核心就不會(huì)獲得額外的氦，從而改變恒星的進(jìn)化軌跡。失去氫殼的恒星核心內(nèi)部的條件是熱中微子——自發(fā)形成的微小幽靈般的粒子——逃離恒星，帶走了部分核心熱能。這降低了核心的溫度，減緩了核反應(yīng)。結(jié)果是能量生產(chǎn)的減少，這使得地核在重力作用下進(jìn)一步收縮。這導(dǎo)致了一個(gè)非常致密的核心，當(dāng)恒星耗盡所有核燃料并死亡時(shí)，它會(huì)坍縮形成一個(gè)黑洞。
在雙星系統(tǒng)中，這可能導(dǎo)致兩個(gè)黑洞最終隨著引力波的啁啾聲合并。
施耐德說(shuō):“由于中微子丟失、核燃燒和核心收縮之間的復(fù)雜相互作用，我們發(fā)現(xiàn)特定核心質(zhì)量的恒星更容易坍縮成黑洞，而不是作為超新星爆炸并留下中子星。”
根據(jù)Schneider，Laplace和Podsiadlowski的計(jì)算，這種相互作用導(dǎo)致了常見(jiàn)的黑洞質(zhì)量。在他們的模型中，黑洞質(zhì)量?jī)A向于收斂于兩個(gè)值，分別是我們太陽(yáng)質(zhì)量的9倍和16倍。這些值非常接近引力波數(shù)據(jù)中觀察到的峰值，大約是8到14個(gè)太陽(yáng)質(zhì)量，所以它們不完全匹配，但仍在觀察不確定性范圍內(nèi)。
測(cè)量宇宙的膨脹
某些質(zhì)量的黑洞的存在不僅告訴我們關(guān)于大質(zhì)量恒星的物理學(xué)，而且也給天文學(xué)家提供了另一種測(cè)量宇宙膨脹率的方法，即哈勃常數(shù)。這在最近幾年受到了關(guān)注，因?yàn)椴煌姆椒ńo出了相互矛盾的哈勃常數(shù)值。
引力波啁啾的頻率主要取決于所涉及的黑洞的總質(zhì)量，但其中一部分也與它們的紅移有關(guān)，紅移告訴我們它們的距離，因?yàn)樗鼈冊(cè)竭h(yuǎn)，宇宙的膨脹就越使它們向更長(zhǎng)的波長(zhǎng)移動(dòng)。
到目前為止，還不可能將黑洞質(zhì)量從啁啾的紅移中分離出來(lái)。然而，知道大部分黑洞具有這些普遍質(zhì)量給了科學(xué)家一個(gè)優(yōu)勢(shì)。
施耐德說(shuō):“然后，我們可以采用統(tǒng)計(jì)方法將質(zhì)量從紅移中分離出來(lái)。”這項(xiàng)技術(shù)將需要比我們目前擁有的更多的引力波事件樣本，但原則上，它將提供一種從紅移中測(cè)量哈勃常數(shù)的方法，這種方法獨(dú)立于涉及標(biāo)準(zhǔn)燭光的方法，如Ia型超新星。
一個(gè)更大的引力波事件樣本可能即將到來(lái)。一個(gè)新的涉及LIGO、室女座和KAGRA的為期20個(gè)月的觀測(cè)活動(dòng)最近已經(jīng)開(kāi)始，目的是發(fā)現(xiàn)另外300個(gè)事件。我們很快就會(huì)知道，新的結(jié)果是否增強(qiáng)了宇宙質(zhì)量分布的峰值，以及它們之間的差距。
這些發(fā)現(xiàn)發(fā)表在天體物理學(xué)雜志《快報(bào)》上。