诺奖宇宙学家谈黑洞最新发现：不明觉厉，未来五到十年都会是热门研究领域！

 事件回顾 ·

2019年5月21日，激光干涉引力波天文台（LIGO）和它的欧洲同行室女座干涉仪(Virgo)探测到了一个信号，近日，研究人员正式宣布此次的发现“GW190521”是迄今为止探测到一对黑洞之间最响亮、最巨大、最激烈的碰撞。合并而成的黑洞则是一个“中等质量黑洞”。

《纽约时报》9月3日报道称此次发现很有可能重写我们对于宇宙的认知。

我们特别邀请到了2006年诺贝尔物理学奖得主、天文物理学家和宇宙学家乔治·斯穆特三世（George Fitzgerald Smoot III），独家解读此次探测到的黑洞合并。

乔治·斯穆特三世

美国天体物理学家和宇宙学家；2006年诺贝尔物理学奖得主；WLA会员

获奖理由：发现了宇宙微波背景辐射的黑体形式和各向异性。

斯穆特笑言，人类对宇宙还知之甚少，诺贝尔奖得主也不例外。

斯穆特也曾经客串过美剧《生活大爆炸》，编剧曾经借谢尔顿之口表达了斯穆特的赞美：“斯穆特对于宇宙微波背景辐射的黑体和各向异性研究巩固了我们对宇宙起源的了解。图｜TV GUIDE

现在来判断LIGO和Virgo的最新发现，对于宇宙有什么意义还为时尚早。

在科学领域，很多时候都是这样的：

当我们有新的发现或者创造的时候，我们往往并不真正理解它到底意味着什么；但是我们都知道它一定非常重要。

斯穆特在第二届世界顶尖科学家论坛上。图｜WLF独家

斯穆特特别准备了三张图片，详解为什么科学界会对GW190521这么振奋。

■ 恒星坟场

第一场图的主题是“恒星坟场”(stellar graveyard)里的质量分布。

斯穆特说，科学家之所以会用这么戏剧性的名字，是因为在他们的想法里，星球的进化的终点就在这里：首先，宇宙中存在着一颗再普通不过的恒星，接着它开始燃烧释放出氢气，最终步入死亡。它要么变成一个白矮星，或者中子星；要么就变成了人们所说的黑洞，又名“恒星面具”。

恒星坟场中的质量。截图｜WLF独家视频

斯穆特对图片进行了深入的剖析，方便我们理解。左边的这些数字代表着太阳质量的倍数，例如20就代表太阳质量的20倍。

斯穆特指出，GW190521就是发光的蓝色部分。LIGO和Virgo所探测到的引力波事件，就是两个小质量的黑洞合并成为了大质量的黑洞。

斯穆特幽默地阐述，追根溯源的话，这个黑洞的年龄一定是老祖宗级别的！而它也是目前为止研究人员发现的最巨大的一个。

据科学家们估计，这次侦测到的大概是142倍于太阳质量。而在黑洞合并之前，它们的原始体态大概是65或66倍和85倍于太阳质量的黑洞。所以，不得不说，就连它们也很庞大。

因此，GW190521对于科学家来说，真的是非常大的一个惊喜。因为根据恒星演化理论，两个合并的黑洞之间应该是需要有质量差的，也就是位于图中不同层级中间的黑洞才会合并。

斯穆特举例说，之前LIGO曾观测到的信号，就是最下面的黄色区域的中子星和20-40倍太阳质量的蓝色标注的黑洞合并，最终变成了另一个蓝色区域的黑洞（图片中间横跨4个层级的合并）。

因此，他强调，这次的事件这么独特，就是因为参与合并的两个黑洞来自同一个区域，且都非常庞大。

 斯穆特在第二届世界顶尖科学家论坛上。图｜WLF独家

■ GW190521带来的两个谜团

随后，斯穆特带领着我们进入了第二张图片。

LIGO-Virgo探测中的GW190521。截图｜WLF独家视频

可以看到，这张图片的左侧仍然是刚才介绍的“恒星坟场”。

斯穆特表示，这次观测的黑洞惊人地达到了“中间质量黑洞”的范围。中间质量黑洞大概是从一百倍太阳质量到十万倍太阳质量。

而再往上的超大质量黑洞几乎存在于每个类似银河系的星系中心。这些质量在十万到一亿太阳质量之间的东西，它们很可能与星系的大小相关。

此次是人类首次观测到中间质量黑洞。因此，斯穆特教授充满好奇地发问：

我们为什么能观测到这么重的黑洞？这么大质量的黑洞又是怎么形成的呢？

这正是他探索中的两个谜。

正在第二届世界顶尖科学家论坛上发言的斯穆特。图｜WLF独家

斯穆特并没有被主流的黑洞合并说所拘泥，他表示目前来说，可能有好几种方式和答案。

■ 科学家也没有确定的答案 

第三张图非常有意思。上面主要有7个大黑点和两个问号。

GW190521是怎么产生的。截图｜WLF独家视频

在我们抓不到头脑的时候，斯穆特乐呵呵地继续着为我们揭开黑洞相遇前的故事。

斯穆特是一个非常严谨的人，他对LIGO释放出来的数据并不满意，他说：“LIGO的研究人员对这次事件的描述是两个黑洞，一个66倍太阳质量的黑洞和一个85倍太阳质量的黑洞，合并变成了一个142倍太阳质量的黑洞，这次的事件官定的代号为‘GW190521’。但是这里面应该有点错误。其中一个黑洞是近似于66倍太阳质量，没有达到66倍。”

接着，斯穆特对目前LIGO方面的猜想进行了介绍。研究人员提出，存在着这样一种可能：在这两个黑洞合并之前，有4个黑洞分头行动，两个合并成了85倍太阳质量黑洞，另外两个黑洞合并成66倍太阳质量黑洞。这就解释了为什么处在同一层级的两个黑洞能够合并。

斯穆特认为这种说法也是有可能的。在恒星演化中，恒星变得越来越大，并且在振荡崩裂中互相挤压，以至于突破了通常观测的黑洞质量的极限——大概是64、65倍太阳质量。

斯穆特也提到，也有科学家对GW190521做出了别的解释。比如说，这有可能是一颗大质量恒星经历了超新星爆炸后，坍塌成为一个黑洞。科学家们现在并不了解这里面的机理。

当然，斯穆特认为这个领域充满着无限的可能，需要更多的探索，所以一切想法皆有可能。

 斯穆特在第二届世界顶尖科学家论坛上。图｜WLF独家

■ 斯穆特的大猜想

斯穆特教授最后透露，他和两个同事也在研究这个领域，而他们的猜想是：这可能是引力透镜效应：

一方面，通过透镜和放大， 黑洞看起来像一个更巨大的物体；

另一方面，因为是在更远的距离，所以看起来会更重。

围绕着夜光红星系群中一个星系的引力透镜。来自遥远星系的光线在穿过夜光红星系的强大引力时，会发生扭曲。图片|ESA/Hubble；CC BY 4.0

斯穆特认为我们还远远不到对这个事件下定论的时候，这也是GW190814中最令人兴奋的一点。

如果你是一个年轻人，那么这个领域至少在未来五到十年， 都会是一个很热门、令人激情澎湃的领域来研究。

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排版|Kai 

编辑｜羽华

责编｜小文