双黑洞背后或藏有第三致密天体？ | 科技前线

宇宙中的双黑洞系统已令人惊叹，但科学家最新发现，这些双黑洞背后还可能隐藏着更为神秘的现象。

近日，中国科学院上海天文台（以下简称“上海天文台”）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全新线索。

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提出新理论

自人类首次探测到引力波以来，LIGO-Virgo-KAGRA合作组织已探测了超过100次引力波事件，其中绝大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，但目前学术界对双黑洞的形成和演化机制还不确定。

▲LIGO-Virgo-KAGRA引力波合作组织公布的引力波事件

此前，上海天文台等提出了极端质量比旋近双星（b-EMRI）理论模型，即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。

此后科研团队开始从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，团队把目标瞄准了引力波事件GW190814。

▲双黑洞在超大质量黑洞附近并合

GW190814里的两个黑洞，其质量大小相差近10倍。如此悬殊的组合，可能是因为它们曾和一个超大质量黑洞组成“三人组”，在彼此的引力拉扯下越靠越近。但也有科学家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，最终并合。

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验证新理论

研究团队注意到，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，即沿观测者视线方向的加速度。这种加速度会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，团队构建了一种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了分析。

结果显示，对于GW190814事件，包含视向加速度的模型显著优于传统的“孤立双黑洞”模型。该事件视向加速度约为0.002c s-1（90%置信水平，c为光速），贝叶斯因子（衡量模型可信度的指标）达到58:1，表明数据强烈支持“存在视向加速度”的结论。

▲GW190814的参数估计结果

这是国际上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。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，这在揭示双黑洞形成通道方面具有重要价值。

随着下一代地面引力波探测器和空间探测器投入使用，人类将能更精确地捕捉引力波信号中的细微变化。未来可能会发现更多类似GW190814的事件甚至直接发现b-EMRI，帮助人类理解双黑洞的形成演化机制、超大质量黑洞的“生态环境”和引力理论的本质。

来源：中国科学院上海天文台

责任编辑：宋同舟