天文学家公布161次创纪录黑洞碰撞事件

发布者：秦时明月 2026-6-19 10:07

引力波探测的一项重大新成果发布，为研究人员提供了前所未有的视角，去观察宇宙中一些最极端的事件。图片来源：库存图片

一份新的引力波目录报告了161起额外的黑洞合并事件，使探测总数达到390起。

格拉斯哥大学引力研究所的科学家们正在庆祝一批重要的新引力波发现成果的发布，这一里程碑事件凸显了引力天文学的快速发展。

最新的引力波瞬变目录（GWTC5）已在线发布，同时发布的还有提交给《天体物理学杂志》和《天体物理学杂志通讯》的科学论文。

目录新增了161个新识别的黑洞碰撞信号，这些信号由美国的LIGO天文台、意大利的Virgo探测器和日本的KAGRA探测器在近期探测到。这些设施共同组成了LVK合作组织。新增这些信号后，引力波探测的总数已达到390次。

最值得注意的成果包括第二代黑洞的证据、引力波源迄今最精确的天空定位，以及首次成功测量到黑洞的三种振动模式。

从首次探测到390个信号

格拉斯哥大学的研究人员自20世纪70年代以来一直从事引力波科学研究。他们协助开发了美国国家科学基金会激光干涉引力波天文台（NSFLIGO）使用的高灵敏度镜面悬挂系统，这些系统对于探测时空的微小扰动至关重要。

自首次直接观测到引力波以来，格拉斯哥的科学家们持续与国际LVK合作伙伴合作，改进探测器性能和数据分析技术。随着探测器灵敏度的提高，相关发现变得更加频繁。

在观测期间，该网络每周大约可探测到三到四个引力波事件，随着仪器不断改进，这一频率预计还会上升。

该合作团队在观测活动与专门用于升级和测试的时期之间交替进行工作。因此，包含已验证探测结果及其来源详细信息的引力波目录大约每六个月更新一次并发布给科学界。

数百起黑洞碰撞事件被揭示

丹尼尔威廉姆斯博士是引力研究所的研究员，同时担任LSC致密双星科学工作组的联合主席。他谈到了黑洞碰撞。

首次探测到这类事件产生的引力波以来，全球数百名科学家的努力得到了充分证明——如今我们已能探测并分析数百次这样的事件。

在格拉斯哥，我们一直处于开发新技术的前沿，这些技术能让探测器更灵敏，使我们能更清晰地捕捉到更多此类信号，并且能探测到比以往远得多的碰撞事件。我们还主导了关键分析方法的开发，这些方法让我们能从每个信号中提取大量信息：解码离地球数十亿光年远的黑洞碰撞的特性——所有这些都来自于探测器发生的、仅为原子核大小几分之一的位移测量。

除了新探测结果的数量之多外，该目录还包含了几项在引力波天文学领域创下新纪录的观测结果。其中包括迄今为止最精确的源定位、迄今探测到的最强引力波信号，以及支持第二代黑洞存在的更多证据。

精确天空定位创下新纪录

有一个名为GW240615的事件，近日被美国的两个LIGO天文台和意大利的Virgo探测器共同探测到。它实现了迄今为止观测到的所有引力波源中最精确的天空定位，将其起源范围缩小到仅6平方度的区域。

这一事件是由两个质量分别约为26倍和30倍太阳质量的黑洞在距离地球超过30亿光年的地方合并而产生的。

引力波与哈勃常数

亚历克斯帕帕佐普洛斯是引力研究所的一名研究生研究员，他表示：更新后的GWTC5.0目录为我们提供了更丰富的引力波信号集合，有助于回答宇宙学中最重大的问题之一：宇宙膨胀的速度有多快？

这种膨胀的速率由一个被称为哈勃常数的值来描述。引力波使我们能够通过估算合并天体的距离来测量它——要么直接从信号本身，要么通过确定合并发生所在的星系。

GWTC5.0相较于之前目录的主要改进之一是纳入了Virgo探测器的观测数据，该探测器在未参与之前某次观测运行后回归。借助这个额外的探测器，我们能更精准地定位天空中引力波信号的位置，从而更容易识别每个合并事件的宿主星系。我们扩充后的探测库意味着可以在分析中使用236个信号，几乎是之前数量的两倍。每个事件都贡献少量信息，因此这些额外信号共同显著改善了我们的结果。

这些改进共同帮助我们利用引力波比以往任何时候都更精确地测量哈勃常数，使我们更接近理解现代物理学中最重要的未解决问题之一。

在格拉斯哥，我们开发并测试了一款软件，即使目录中的引力波信号数量不断增加，该软件也能让此类分析的运行速度比以往快一千多倍。这种提速意味着我们可以测试更多可能的场景，并确保我们的结果尽可能稳健可靠，这项工作的协调由我们的引力研究研究所主导。

有史以来记录到的最清晰的引力波信号

寻找引力波不仅涉及探测信号。科学家必须从仪器内的背景噪声中区分出真实事件。为了衡量信号的清晰程度，研究人员使用一种名为信噪比（SNR）的数值。某次引力波目录中包含了迄今为止记录到的最强引力波信号，其信噪比为76.9。

名为GW250114的事件近日抵达地球。它源于两个质量分别为32个和34个太阳质量的黑洞合并，这两个黑洞位于10亿光年之外。由于信号异常清晰，科学家们得以进行迄今为止最精确的广义相对论测试，并证实了斯蒂芬霍金的黑洞面积定理。

格拉斯哥大学研究黑洞信号的学者约翰维奇博士表示：借助GW250114的强度，我们得以对比黑洞合并前后的弯曲时空，发现事件视界（‘不归点’的表面）的总面积有所增加，这与霍金的黑洞力学定律相符。

合并后，最终形成的黑洞像钟一样振动，不过它发出的是引力波而非声波。分析这些引力波可以证实，尽管合并过程中会以引力波的形式释放能量，但黑洞的总熵仍会按照热力学第二定律增加。这表明，即使对于黑洞，热力学定律仍然适用，但与普通物体不同的是，黑洞蕴含的能量越多，温度就越低。

第二代黑洞的证据

研究人员还发现了两起特别不寻常的黑洞合并事件GW241011和GW241110，它们相隔约一个月被探测到，分别距离地球约7亿光年和24亿光年。

所涉及黑洞的自旋特性表明它们可能是第二代黑洞，也就是说它们是通过早期黑洞合并形成的。这类天体被认为形成于恒星团等致密环境中，在这些环境里重复碰撞更有可能发生。

越来越多的探测结果也在帮助科学家更好地了解宇宙中发现的不同类型的黑洞群体。

黑洞群体揭示新的形成路径

引力研究所的研究生研究员斯托姆科洛姆斯表示：我参与的团队利用最新的观测数据研究了产生合并黑洞和中子星的过程。我们研究了267个源，其中包括104项新观测结果。这数百项观测数据让我们能够有把握地测量双黑洞的质量、自旋和距离，并探究这些属性之间的相关性。特别是，我们发现不同质量范围的黑洞具有不同的自旋，这表明存在不同的形成路径，这些路径会产生独特的系统群。

这一趋势此前已被公布的观测结果（例如两对具有清晰测量的高自旋和不等质量的黑洞）所暗示。这些观测结果显示出特征迹象：每对黑洞中的较大黑洞并非直接由大质量恒星形成，而是由之前两个黑洞合并而成。由先前合并形成的黑洞的特征在整体种群中持续存在，表明这类观测结果并非独一无二，而是反映了一种潜在趋势。如今，我们有越来越多的证据表明，除了来自大质量双星系统的合并黑洞外，宇宙中还存在其他形成合并黑洞的方式。

引力波源群体的相关测量持续帮助我们更接近清晰描绘双黑洞和中子星的起源图景。随着未来的观测活动和更灵敏的探测器，我们将获得对单个源更精确的测量，并增加目录中的源数量，从而能够探索致密天体形成的越来越详细的天体物理学。

探索宇宙的隐藏历史

威廉姆斯博士补充道：我们现在探测到如此多的这类信号，以至于我们不仅了解单个碰撞事件；这在天文学上相当于发现一个古老文明。这些新结果就像找到一个以前未被发现的宝藏，不仅揭示了个体生命，还揭示了整个失落世界的结构。

合并致密双星的参考种群特性

格拉斯哥大学的研究得到英国研究与创新署（UKRI）下属科学技术设施委员会（STFC）的资助，英国其他引力研究团队（包括伯明翰大学、剑桥大学、卡迪夫大学、伦敦国王学院、诺丁汉大学、朴茨茅斯大学、谢菲尔德大学、斯特拉斯克莱德大学、伦敦大学学院、伦敦玛丽女王大学及西苏格兰大学）也同样获得该机构的资助。