研究发现双黑洞附近第三致密天体存在迹象

近日，中国科学院上海天文台研究员韩文标带领的科研团队在引力波天文学领域取得进展，首次发现双黑洞并合事件可能发生在第三个致密天体附近。这一成果为揭开双黑洞的形成之谜提供了新线索。

2015年人类首次探测到引力波以来，LIGO-Virgo-KAGRA合作组织已探测到超过100次引力波事件，其中多数来自双黑洞并合。这些事件为人类理解双黑洞并合的物理过程提供了关键数据，但双黑洞的形成与演化机制尚不清晰。

2018年，韩文标等与合作者提出了b-EMRI。b-EMRI是由一个超大质量黑洞抓住一对双黑洞，形成一个“三人组”。双黑洞在超大质量黑洞附近“跳舞”，进而辐射多频段的引力波。该系统在国际上被激光干涉空间天线计划写入白皮书，并被中国空间引力波探测计划列为独特波源。从那时起，该团队开始在LIGO-Virgo引力波数据中寻找双黑洞在超大质量黑洞附近并合的证据。

经过分析，研究团队聚焦于引力波事件GW190814。GW190814中的两个黑洞的质量相差近10倍。这么悬殊的组合或因它们和一个超大质是黑洞组成“三人组”，在彼此的引力拉扯下越靠越近。也有研究认为，它们诞生在活动星系核的吸积盘里，被周围其他致密天体的引力推搡着慢慢靠近并最终并合。

科研团队还发现，若双黑洞在第三个致密天体附近并合，其绕第三个天体的轨道运动会产生视向加速度——沿观测者视线方向的加速度。这种加速度通过多普勒效应改变引力波的频率，在信号中留下独特“印记”。为捕捉这一信号，该团队构建了包含视向加速度的引力波波形模板，通过贝叶斯推断方法，对多个高信噪比双黑洞事件进行分析。结果显示，对于GW190814事件，包含视向加速度的模型优于传统的“孤立双黑洞”模型。该事件视向加速度约为0.002c s^-1，贝叶斯因子达到58:1，表明数据支持“存在视向加速度”的结论。

这是首次在双黑洞并合事件中发现第三致密天体存在的明确迹象。同时，这一发现意味着GW190814的双黑洞可能并非孤立形成，而是处于一个更复杂的引力系统中，在揭示双黑洞形成通道方面具有重要价值。

8月1日，相关研究成果发表在《天体物理杂志快报》（The Astrophysical Journal Letters）上。

论文链接

双黑洞在超大质量黑洞附近并合