如果說(shuō)早在2015年，激光引力波干涉天文臺(tái)（LIGO）首次聽(tīng)到的雙黑洞并合事件如同一聲 “啁啾”鳥(niǎo)鳴，那么2019年5月21日，他們和意大利處女座引力波天文臺(tái)（Virgo）聯(lián)合探測(cè)到的引力波信號(hào)無(wú)異于一記“轟”鳴。

是多重的天體才能鬧出這么大的動(dòng)靜？根據(jù)9月3日發(fā)表在《物理評(píng)論快報(bào)》（Physical Review Letters）和《天體物理學(xué)期刊通訊》（Astrophysical Journal Letters）上的兩篇論文，這是兩個(gè)分別約為 85 倍和 65 倍太陽(yáng)質(zhì)量的黑洞合并而成了一個(gè)142倍太陽(yáng)質(zhì)量的黑洞，中間損失的等同8倍太陽(yáng)質(zhì)量的能量以引力波的形式在宇宙中擴(kuò)散出來(lái)。

這個(gè)只持續(xù)了不到0.1秒的信號(hào)創(chuàng)造了多個(gè)紀(jì)錄，卻也帶來(lái)了巨大的謎團(tuán)。

這是LIGO探測(cè)到的質(zhì)量最大的黑洞并合事件；

這是LIGO探測(cè)到的最遠(yuǎn)的引力波信號(hào)，遠(yuǎn)在50億秒差距（1秒差距約等于3.26光年）之外，光傳輸就要花上70億年，這意味著事件發(fā)生時(shí)，宇宙的年齡還只有現(xiàn)在的一半；

這是人類(lèi)首次發(fā)現(xiàn)質(zhì)量介于100到100000倍太陽(yáng)質(zhì)量之間的黑洞，即所謂的中等質(zhì)量黑洞；

最后，根據(jù)現(xiàn)有的黑洞演化理論，85倍太陽(yáng)質(zhì)量的黑洞“不可能”出現(xiàn)。

中等質(zhì)量黑洞

引力波是愛(ài)因斯坦廣義相對(duì)論中的重要推論，被形象地比喻為“時(shí)空的漣漪”。時(shí)間和空間會(huì)在質(zhì)量面前彎曲，時(shí)空在伸展和壓縮的過(guò)程中，會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)傳播開(kāi)來(lái)，這些振動(dòng)就是引力波。絕大多數(shù)信號(hào)傳播到地球上就變得弱不可聞，除非是黑洞并合、中子星并合這樣的宇宙重量級(jí)“消消樂(lè)”。

LIGO首次探測(cè)到的引力波信號(hào)，就來(lái)自?xún)蓚€(gè)分別為36倍和29倍太陽(yáng)質(zhì)量的黑洞，并合為62倍太陽(yáng)質(zhì)量黑洞

一顆恒星逃不出三種宿命：白矮星、中子星和黑洞。

白矮星有點(diǎn)像“熄滅”了的灰燼，低光度、高密度、高溫度，我們的太陽(yáng)數(shù)十億年后結(jié)局大概如此。

但對(duì)更高質(zhì)量的恒星而言，它們?cè)趬勖M頭可能會(huì)發(fā)生超新星爆炸，爆炸后如果還有殘骸剩余，要么是極端致密的中子星，要么就是引力大到光線(xiàn)也無(wú)法逃逸的黑洞。

這一類(lèi)由恒星演化而成的黑洞，我們稱(chēng)為恒星級(jí)黑洞，也是天體物理中最小的一類(lèi)黑洞，質(zhì)量通常在3倍至100倍太陽(yáng)之間。最大的一類(lèi)則是星系中心的超大質(zhì)量黑洞。例如，銀河系中心就有一個(gè)約為430萬(wàn)倍太陽(yáng)質(zhì)量的超大質(zhì)量黑洞人馬座a*。介于兩者之間的稱(chēng)為中等質(zhì)量黑洞，此前沒(méi)有過(guò)直接的電磁波觀測(cè)證據(jù)。

中等質(zhì)量黑洞的存在有可能幫我們解答一個(gè)懸疑已久的宇宙學(xué)問(wèn)題：超大質(zhì)量黑洞究竟是怎么來(lái)的？一種解釋是，這些龐然大物是由中等質(zhì)量黑洞反復(fù)合體形成的。

質(zhì)量斷檔

有趣的是，比起142這個(gè)數(shù)字，科學(xué)家們可能會(huì)更驚詫于兩顆“原生”黑洞里有一顆竟然達(dá)到了85倍太陽(yáng)質(zhì)量。

原來(lái)，恒星之所以能保持穩(wěn)定，是星核中的光子和氣體產(chǎn)生向外的壓力，平衡了向內(nèi)的引力。等到恒星把鐵這一類(lèi)重元素也聚變后，產(chǎn)生的向外壓力就不足以對(duì)抗引力了。恒星會(huì)在自身重量的作用下坍塌，發(fā)生核坍縮超新星爆炸，進(jìn)而形成黑洞。

然而，對(duì)于更重一些的恒星來(lái)說(shuō)，現(xiàn)有的物理學(xué)理論還要考慮對(duì)不穩(wěn)定性（pair instability）現(xiàn)象。這是說(shuō)，恒星核中的光子在能量極高時(shí)會(huì)形成一對(duì)電子和反電子。這些正反電子對(duì)產(chǎn)生的對(duì)外壓力比光子小，使得恒星更不穩(wěn)定，容易發(fā)生非常劇烈的爆炸，損失掉大量能量。根據(jù)這樣的理論預(yù)計(jì)，恒星是不可能坍縮成65 倍至 120 倍太陽(yáng)質(zhì)量的黑洞，這個(gè)質(zhì)量范圍稱(chēng)為對(duì)不穩(wěn)定性斷檔。

那85倍太陽(yáng)質(zhì)量黑洞到底是怎么來(lái)的？也許，它也是由兩個(gè)質(zhì)量更小的前身黑洞并合形成的？

LIGO 成員、加州理工學(xué)院教授阿蘭·魏施坦（Alan Weinstein）說(shuō)道：“這個(gè)天文物理事件提出的問(wèn)題比它回答的問(wèn)題還要多。”

Virgo 成員、法國(guó)國(guó)家科學(xué)研究中心（CNRS）研究員 Nelson  Christensen則表示，質(zhì)量落在這個(gè)區(qū)間的黑洞足以讓很多天體物理學(xué)家抓耳撓腮。

甚至，這個(gè)引力波信號(hào)根本就不來(lái)自于黑洞？研究人員也在論文里提及了其他“腦洞”，比如這其實(shí)是我們銀河系內(nèi)一顆正在坍縮的恒星，或是宇宙早期的宇宙弦，但信號(hào)與相應(yīng)理論的吻合程度都不高。

因此，科學(xué)家們最后選擇采用奧卡姆剃刀原則：最簡(jiǎn)單的雙黑洞并合解釋?zhuān)壳熬褪亲詈玫摹?/p>