科学家识别出黑洞并合产生的直接引力波

《自然·天文学》24日发表的一项研究显示，科学家从一个名为GW250114的双黑洞并合事件的引力波数据中，识别出此前从未被观测到的直接波。这种引力波信号携带了残余黑洞事件视界本身的运动特征，为理解黑洞“有去无回点”背后的物理机制提供了关键信息。这一发现也建立了一条通往视界物理的全新观测通道，意味着引力波天文学把“听诊器”贴在了黑洞最危险的边界。

GW250114于去年被美国激光干涉引力波天文台（LIGO）的汉福德和利文斯顿两台探测器同时捕获，其源自两个质量分别约32倍和34倍太阳质量的黑洞在约13亿光年外的碰撞并合。得益于LIGO十年来的仪器升级与噪声压制，该信号信噪比高达约77—80，是迄今最清晰的双黑洞并合引力波信号，比2015年人类首次探测的GW150914清晰3倍以上。

黑洞的事件视界是时空中的单向边界，跨过便无法逃逸，因此这一边界点被称为“有去无回点”。但绝大多数观测都是间接的，如黑洞阴影成像、X射线吸积盘光谱等，事件视界本身的动力学机制很难被直接触及。此次由两个黑洞碰撞产生的引力波或许能提供相关信息：它们不依赖电磁媒介，而是时空几何本身的涟漪，理论上可以把视界附近的要素原封不动地带到地球上。

此前的理论预言指出，在两个黑洞完成并合的瞬间会发射出一种直接波，这包含了从视界邻近区域向外辐射的引力波成分。这等于给“有去无回点”打上了可测量的指纹。但受限于信号清晰度，这一成分在此前黑洞并合事件中始终未能现身。

加拿大圆周理论物理研究所团队对GW250114的高信噪比数据进行了精细的匹配滤波分析，首次报告此次碰撞产生的直接引力波。研究显示，其行为表现为一种衰减振荡，频率与事件视界的自转相关，衰减率则与其表面重力相关。

通过对直接引力波进行精细建模，可以推算出残余黑洞的质量和自转速率。团队也在某些简化假设的基础上进行了初步推算。他们表示，未来的研究需要更精确的波形模型，并基于多个高信噪比事件的联合统计，展开综合研究，以评估这些信号的稳健性和普适性。