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(KaranJani)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。

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/SonomaState. Credit: Aurore Simonnet

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。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。

来源:天文物理