研究人员研究快速移动的黑洞，以更好地理解黑洞双星的形成

哈耶萨鲁亚源

研究人员研究快速移动的黑洞，以更好地理解黑洞双星的形成。鸣谢:Tia Martineau，新罕布什尔大学

（）据马萨诸塞大学达特茅斯分校（大卫·詹姆斯）：UMass Dartmouth的博士生Tousif Islam(主要作者)和Feroz H. Shaik以及助理教授Vijay Varma和副教授Scott Field(数学)最近在预印服务器arXiv上发表了研究结果，其中包括确定了一个很可能通过动态捕获形成的二元黑洞系统，其碰撞产生了第二个最快移动的黑洞(天文学家表示为GW191109)。

“引力波天文学的关键目标之一是了解黑洞及其双星在自然界中是如何形成的，”瓦尔马说。

“快速移动的黑洞可以从它们的宿主星系中被弹出，使它们无法与其他黑洞合并，形成更重的引力奇点，就像产生引力波信号GW190521的庞然大物一样。对快速移动的黑洞的观察可以为我们提供重要的见解，了解大自然允许重黑洞通过重复合并形成的频率。”

该团队的分析在个人笔记本电脑上需要65年才能完成，但使用高性能超级计算机，分析在大约一周内完成。超级计算机是通过科学计算和数据科学研究中心(CSCDR)、马萨诸塞州绿色高性能计算中心和Anvil(由普渡大学维护并通过ACCESS提供)提供的，允许该小组重新分析LIGO-处女座-卡格拉合作产生的引力波数据集。

该项目包括来自澳大利亚、新西兰、罗切斯特理工学院和内华达大学拉斯维加斯分校的合作者，他们中的许多人在2022年1月发现了快速移动黑洞的第一个证据后，参与了一项衍生研究。在这篇文章发表之日，这是仅有的两个被观察到的快速移动的黑洞——第二个是在当前的研究中首次发现的。

“这个黑洞正在以我们观察到的第一个黑洞的三分之一的速度移动，大约只有每小时100万英里，或1500马赫，”菲尔德说。“以人类的标准来看，这仍然很快，但还不足以自信地从它的宿主环境中驱逐出去，比如GW200129，这是我们在2022年1月分析的事件。”

该团队还发现了通过动态捕捉形成的二元黑洞系统的线索。这不同于围绕一个共同重心运行的双星系统(如《星球大战》中的塔图因)的标准形成机制。

在双星系统中，足够大质量的恒星最终将耗尽其聚变过程的燃料，并在超新星爆炸中死亡，留下一个黑洞。当两颗恒星都坍缩成黑洞时，可以形成一个双星黑洞系统。然而，另一种潜在形成二元黑洞系统的方式是两个单独的黑洞在一个星团周围漫游，以“捕获”彼此。

“尽管这是天文学的一个新领域，始于2015年LIGO对引力波的首次观测，但令人兴奋的是，我们已经可以开始回答黑洞双星如何在自然界形成的问题，”瓦尔马说。

“然而，这些令人兴奋的信号也与探测器中的一些噪声伪像相吻合，这意味着我们需要更多的观察才能更好地理解这样的双星。LIGO探测器目前正在进行灵敏度改进后的第四次观测，我们希望很快看到许多这样的信号！”

Islam和Shaik是工程和应用科学——计算科学和工程(CSE)的博士生。Islam下个月将为他的博士学位进行答辩，他在加州大学圣巴巴拉分校的Kavli理论物理研究所(KITP)有一个博士后研究职位。本文的第三位作者Shaik将于明年毕业。

“这是一个令人难以置信的奖励时刻，能够找到第二个快速移动的黑洞，并识别出一个可能通过动态捕捉形成的二元黑洞系统，”Islam说。“我们的研究不仅为探索这些天体物理现象贡献了令人振奋的一章，也凸显了CSCDR重力研究小组的最先进能力。”

该团队创建了一个与这项研究相关的后验样本目录，包括2015-2020年的47个二元黑洞引力波事件，以及一系列类似并解释GW200129“踢”和“旋转”后验的视觉图形。