自2015年引力波天文學取得突破以來，科學家們已經能夠探測到十幾對距離較近的雙星黑洞，然而，科學家們仍在爭論這些黑洞中有多少是以恆星的方式誕生，以及它們如何能夠足夠近地接近，在宇宙中發生碰撞產生引力波。現在，一位範德比爾特天體物理學家開發的一項新研究，可能會給我們提供一種方法，來尋找宇宙歷史上作為產生黑洞的可用恆星數量。
在表在《天體物理學》期刊上的這項研究中，將幫助未來的科學家解釋恆星潛在群體，並測試宇宙歷史上所有碰撞黑洞的形成理論。範德比爾特天體物理學家和這項研究的主要作者卡蘭·賈尼(Karan Jani)說：到目前為止，研究人員已經對宇宙中兩個黑洞的形成和存在進行了理論推導，但它們的前身恆星起源仍然是一個謎。通過這項研究，使用目前可用的天體物理觀測對碰撞黑洞進行了取證研究。
圖示藝術圖展示了兩個黑洞的碰撞，類似於LIGO和室女座引力波探測器探測到的黑洞。圖片：LIGO/Caltech/MIT/Sonoma State. Credit: Aurore Simonnet
在這個過程中，研究人員制定了一個基本的約束條件，即預估自宇宙開始以來，註定會成為黑洞的恆星比例。利用愛因斯坦的廣義相對論，可以告訴我們黑洞是如何相互作用並最終碰撞的，哈佛大學的賈尼和合著者亞伯拉罕·勒布利用記錄LIGO事件來清點宇宙在任何給定時間點的時間和空間資源。然後制定了雙星黑洞過程中每一步的約束條件：宇宙中可用恆星的數量，每顆恆星過渡到單個黑洞的過程，以及對這些黑洞最終碰撞的探測。
這些黑洞在數億年後被LIGO以引力波的形式探測到。從目前的觀測來看，發現宇宙中14%的大質量恆星註定會成為黑洞，這對自然界來說是非常有效率的。在研究的框架中增加這些限制，有助於研究人員追蹤黑洞的歷史，回答舊的問題，並無疑打開了更多奇異場景。同時激光干涉儀引力波天文臺(LIGO)和室女座引力波探測器觀測到的雙星黑洞合併也帶來了兩大挑戰。
博科園｜研究/來自：範德比爾特大學
參考期刊《天體物理學》
DOI: 10.3847/2041-8213/ab6854
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