自2015年引力波天文学取得突破以来，科学家们已经能够探测到十几对距离较近的双星黑洞，然而，科学家们仍在争论这些黑洞中有多少是以恒星的方式诞生，以及它们如何能够足够近地接近，在宇宙中发生碰撞产生引力波。现在，一位范德比尔特天体物理学家开发的一项新研究，可能会给我们提供一种方法，来寻找宇宙历史上作为产生黑洞的可用恒星数量。
在表在《天体物理学》期刊上的这项研究中，将帮助未来的科学家解释恒星潜在群体，并测试宇宙历史上所有碰撞黑洞的形成理论。范德比尔特天体物理学家和这项研究的主要作者卡兰·贾尼(Karan Jani)说：到目前为止，研究人员已经对宇宙中两个黑洞的形成和存在进行了理论推导，但它们的前身恒星起源仍然是一个谜。通过这项研究，使用目前可用的天体物理观测对碰撞黑洞进行了取证研究。
图示艺术图展示了两个黑洞的碰撞，类似于LIGO和室女座引力波探测器探测到的黑洞。图片：LIGO/Caltech/MIT/Sonoma State. Credit: Aurore Simonnet
在这个过程中，研究人员制定了一个基本的约束条件，即预估自宇宙开始以来，注定会成为黑洞的恒星比例。利用爱因斯坦的广义相对论，可以告诉我们黑洞是如何相互作用并最终碰撞的，哈佛大学的贾尼和合著者亚伯拉罕·勒布利用记录LIGO事件来清点宇宙在任何给定时间点的时间和空间资源。然后制定了双星黑洞过程中每一步的约束条件：宇宙中可用恒星的数量，每颗恒星过渡到单个黑洞的过程，以及对这些黑洞最终碰撞的探测。
这些黑洞在数亿年后被LIGO以引力波的形式探测到。从目前的观测来看，发现宇宙中14%的大质量恒星注定会成为黑洞，这对自然界来说是非常有效率的。在研究的框架中增加这些限制，有助于研究人员追踪黑洞的历史，回答旧的问题，并无疑打开了更多奇异场景。同时激光干涉仪引力波天文台(LIGO)和室女座引力波探测器观测到的双星黑洞合并也带来了两大挑战。
博科园｜研究/来自：范德比尔特大学
参考期刊《天体物理学》
DOI: 10.3847/2041-8213/ab6854
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