普林斯顿大学的研究人员在LIGO和Virgo的数据中发现了10个新的黑洞合并

的科学家们至少探测到了90个引力波信号。引力波是时空结构中的扰动，它从像双黑洞合并这样的灾难性事件中向外跑。在最近一次实验运行的前半部分的观察中，该实验在 2019 年持续了六个月，该合作报告称接收到来自 44 个双黑洞合并的信号。

但更多的东西隐藏在数据中。

扩大搜索范围，一个国际天体物理学家小组重新检查了数据，发现了另外 10 个黑洞合并，所有这些都超出了原始分析的检测阈值。新的合并暗示了奇异的天体物理场景，目前只能使用引力波天文学进行研究。

“借助引力波，我们现在开始观察在过去数十亿年中合并的各种各样的黑洞，”物理学家塞思奥尔森博士说。领导这项新分析的普林斯顿大学候选人。他说，每一次观察都有助于我们理解黑洞是如何形成和演化的，而识别它们的关键是找到有效的方法来将信号与噪声分开。

值得注意的是，观测结果包括来自高质量和低质量黑洞的现象，填补了黑洞质谱中预测的空白，而这些空白几乎没有检测到来源。大多数核物理模型表明，恒星不能坍缩成质量约为太阳质量 50 到 150 倍的黑洞。“当我们在这个质量范围内发现一个黑洞时，它告诉我们关于这个系统是如何形成的故事的更多信息，”奥尔森说，“因为很有可能一个质量差距较大的黑洞是前一个黑洞的产物。合并。”

核物理模型还表明，质量不到太阳两倍的恒星会变成中子星而不是黑洞，但几乎所有观测到的黑洞的质量都超过太阳质量的五倍。对低质量合并的观测可以帮助弥合中子星与已知最轻的黑洞之间的差距。

奥尔森说，对于上质量间隙和下质量间隙，已经检测到少量黑洞，但新发现表明，这些类型的系统比我们想象的更常见。

新发现还包括一个科学家以前从未见过的系统：一个重黑洞，向一个方向旋转，吞没了一个小得多的黑洞，该黑洞一直以相反的方向围绕它运行。“较重的黑洞的自旋并不完全与轨道相反，”奥尔森说，“而是在侧向和倒置之间的某个地方倾斜，这告诉我们这个系统可能来自一个有趣的二元黑洞合并亚群，黑洞轨道和黑洞自转之间的角度都是随机的。”

识别像黑洞合并这样的事件需要一种能够将有意义的信号与观测数据中的背景噪声区分开来的策略。它与智能手机应用程序没有什么不同，它可以分析音乐——即使它是在嘈杂的公共场所播放的——并识别正在播放的歌曲。就像这样的应用程序将音乐与模板数据库或已知歌曲的频率信号进行比较一样，用于寻找引力波的程序将观测数据与已知事件的目录进行比较，例如黑洞合并。

为了找到另外 10 个事件，Olsen 和他的合作者使用“IAS 管道”分析了来自 LIGO 和 Virgo 的数据，这是一种首先由高级研究所开发并由IAS 天体物理学家兼客座讲师Matias Zaldarriaga带头的方法普林斯顿大学教授。

IAS 管道在两个重要方面与 LIGO 和 Virgo 团队使用的方法不同。首先，它结合了先进的数据分析和数值技术，以提高信号处理和计算效率。其次，它使用了一种统计方法，牺牲了对最常见来源的一些敏感性，以获得对传统方法最有可能遗漏的来源的敏感性，例如快速旋转的黑洞。

此前，Zaldarriaga 和他的团队使用 IAS 管道分析了 LIGO-Virgo 合作早期运行的数据，并同样确定了在首次运行分析中遗漏的黑洞合并。奥尔森说，模拟整个宇宙在计算上是不可行的，甚至模拟黑洞可能形成的各种方式都不可行。但他说，像 IAS 管道这样的工具“可以为未来更精确的模型奠定基础。”

该分析的其他合作者包括加州大学圣巴巴拉分校和塔塔基础研究所的 Tejaswi Venumadhav、魏茨曼科学研究所的 Jonathan Mushkin 和 Barak Zackay，以及加州大学圣巴巴拉分校的 Javier Roulet。

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