近期，天文学家透过重力波意外发现，距离地球10亿光年的两个巨大黑洞碰撞融合，形成一个比太阳质量大225倍的巨型黑洞。这是迄今最大规模双黑洞合并事件，其质量过于巨大正在挑战现有的天文学黑洞形成理论。

美国激光（雷射）干涉重力波天文台（LIGO）、意大利室女座重力波探测器（Virgo Interferometer）、日本神冈重力波探测器（KAGRA）组成“LIGO-Virgo-KAGRA”（LVK）合作计划，持续探测太空中的重力波讯号。迄今为止已侦测到来自中子星、超新星、约300个黑洞合并时，发出的重力波讯号。

2023年5月，LVK正在运行第四次观测。他们于11月23日侦测到这次黑洞合并事件产生的重力波，将其编号为“GW231123”。他们观察到两个黑洞相互旋转快速靠近，形成类似“太极”的轨迹，最终合并为一个超大的黑洞。

分析显示，新黑洞质量为太阳的225倍，它分别是由太阳的137倍和103倍的黑洞质融合后形成，部分质量在融合过程中被转变成重力波能量。

另外，“GW231123”黑洞质量远大于2019年宣布的最大黑洞合并纪录保持者“GW190521”。当时“GW190521”是由太阳质量85倍和66倍的黑洞合并形成的新黑洞，其质量是太阳的140倍。

研究人员观察到这两个黑洞的旋转速度，都接近物理学允许的最高速度（一个是极限速度的90%，另一个接近80%），突破现有重力波探测技术和黑洞理论模型的极限。

由于该黑洞质量庞大，天文学家仅捕捉到最后几次重力波的波动，大约发生在碰撞尾端0.1秒的时候，这使得这事件的解释变得特别困难。目前，研究人员正在持续研究分析和完善现有的黑洞模型理论，以解释和了解此类极端事件。

研究人员表示，若依据目前的黑洞标准演化模型来看，一颗大质量恒星末期塌缩时，难以形成质量介于太阳60倍到130倍的黑洞。原因是目前天文学界认为，这个质量范围内形成黑洞的恒星，通常会在死亡时完全爆炸，不会留下黑洞。因此，“GW231123”事件正挑战既有的理论模型。

天文学家推测，这两个黑洞可能属于同一黑洞家族，由早期较小黑洞多次合并碰撞形成。这种现象可能发生在恒星和黑洞密集团中，形成快速旋转的黑洞，就像观测到的“GW231123”事件一样。

然而，美国马里兰大学帕克分校（University of Maryland, College Park）的天文学教授科尔‧米勒（Cole Miller）认为，这种潜在的解释存在一个问题。原因是形成巨大黑洞，可能需要经过多次合并，但黑洞可能会以不同的方向旋转，从而降低最终黑洞的旋转速度。

天文学家还给出另一种解释，这些黑洞可能在一个更大黑洞的阴影下膨胀，这个阴影位于所谓的活动星系核。活动星系核是星系中心的一个区域，围绕着一个超大质量黑洞，该黑洞正在吞噬一个气体盘。如果这些黑洞诞生或落入该气体盘中，就可能会吞噬气体，使其质量膨胀，最终合并一起。

LVK合作组织成员、英国卡迪夫大学（Cardiff University）物理学家马克‧汉纳姆（Mark Hannam）对美国加州理工大学（California Institute of Technology）新闻室表示，“我们透过重力波观测到质量最大的双黑洞。它对我们理解黑洞的形成提出了真正的挑战。”

汉纳姆解释道，“因为如此巨大的黑洞，在标准的恒星演化模型中是几乎不可能的存在，除非它们是由早期较小黑洞合并形成。”

LVK成员、英国朴茨茅斯大学（University of Portsmouth）重力波天文物理学家查理‧霍伊（Charlie Hoy）博士则表示，“这些黑洞旋转得非常快，接近爱因斯坦广义相对论的极限，这使得信号难以建模和解释。不过，这正是个推动我们理论工具研究和发展的绝佳案例。”

LVK成员、英国伯明罕大学（University of Birmingham）物理学院助理教授格雷戈里奥‧卡鲁洛（Gregorio Carullo）博士表明，“目前业界需要花费数年时间，才能完全解开这种复杂的讯号模式和意义。尽管现在最可能的解释是黑洞合并，但更复杂的场景可能是解读其意外特征的关键。”

“这次事件将我们的仪器和数据分析能力推向极限。同时也表明我们可以从重力波天文学中，探索和学习到更多的东西。”LVK成员、美国加州理工学院博士后研究员索菲‧比尼（Sophie Bini）说道。

此项研究成果于7月13日发表在arXiv网站上，并于7月14日至18日在英国苏格兰格拉斯哥（Glasgow）举行的第24届广义相对论和引力国际会议（GR24），以及第16届爱德华多‧阿马尔迪引力波会议上发表。


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