GW190521的重磅發現

2019年5月21日，地球所在的時空發生了0.1秒的微小波動，幾乎悄無聲息，但仍被當時最為先進的引力波探測器LIGO敏銳地捕捉到。

科學家隨後分析了探測到的數據，很快得出了結論：本次引力波的源頭在100多億光年外，兩顆質量巨大的黑洞發生了碰撞，隨之而來的是黑洞合併事件。

兩顆黑洞碰撞合併的一瞬間產生了極為恐怖的能量，它以引力波的形式傳到地球，甚至相隔100多億光年仍對地球的時空造成了影響——兩顆黑洞所處的地帶會受到怎樣的破壞則更是讓人不可想象。

隨後，科學家們把該次引力波命名為GW190521，意為2019年5月21日發生的黑洞碰撞合併事件產生的引力波。

在後續的數據分析中，GW190521逐漸展現了它的特別之處，更是讓許多人類頂尖的科學家感到一頭霧水——一些天文學中已經被確立的理論，似乎已經在被顛覆的邊緣——GW190521在科學家們心中的地位也越來越重要。

不過，宇宙這麼大，隨着人類的探測技術越來越先進，要在宇宙中發現各種原因引發的引力波，或是黑洞碰撞合併事件，並非難得之事。但為何科學家們唯獨這麼關注GW190521呢？它的獨特其實體現在許多方面。

GW190521的產生違背宇宙規律？

要說明GW190521為何特別，還得先弄清楚它到底是怎麼來的。

首先，黑洞是“時空曲率大到光都無法從其事件視界逃脫的天體”，通俗地說，就是超級巨大質量的天體產生了無比巨大的引力，以至於黑洞周圍的光都無法逃脫它的捕獲。

其中，引力即是被視為時空彎曲的現象。

由此則可以簡單地理解引力波為引力在空間做加速運動，讓時空產生連續變化的曲率，這一變化會像波浪一樣以光的速度向外傳播，從而形成時空的漣漪。

當引力波經過地球所在的空間時，會讓空間發生有節奏的壓縮和拉伸，改變空間內物體的形狀。不過，由於宇宙的廣袤，引力波要到達地球，需要經過相當長的時間，因此它的能量也大大衰減，它讓地球物體發生的形變也相當微小，以至於肉眼難以覺察，要依靠LIGO這樣的高精尖引力波探測器才能探測到。

兩顆黑洞相撞時，就像往原本平靜的湖面扔下了一塊大石頭，不僅扔下石頭的位置會激起千層浪（巨大的爆炸能量），更是會激起層層漣漪（引力波），一層一層地向外延伸、波動。地球恰好在這“漣漪”可測的範圍內，於是探測到了源頭在百億光年外的引力波。

而GW190521的特別之處就在於，它的源頭並非兩個尋常的黑洞。

根據天文學界較為公認的分類方法，黑洞可根據質量的區別分為三個種類：恆星級黑洞（小於100太陽質量）、中等質量黑洞（100-10萬太陽質量）、超大質量黑洞（大於10萬太陽質量）。它們分別對應不同的形成機制，其中，恆星級黑洞的形成來自於恆星的核坍縮，而中等質量黑洞的形成則可能來自於黑洞的一次次吞併。

在GW190521出現之前，中等質量黑洞的形成一直停留在理論層面的猜測上，但GW190521的出現讓中等質量黑洞的形成由理論成為了現實。這讓分析數據的科學家們十分欣喜。

然而科學家們的欣喜迅速轉變為了驚嚇——因為，GW190521源頭的兩個黑洞的合併，本就不符合原本科學家們發現的宇宙規律！

GW190521產生於一個85倍太陽質量的黑洞與另一個66倍太陽質量的黑洞的合併，按理來說，這是兩個恆星級的黑洞。但這兩個黑洞的形成，卻分明就在恆星級黑洞形成的禁區之中。也就是說，恆星級黑洞的形成下限大於奧本海默極限，上限則不會超過50個太陽質量。

如果大於50個太陽質量的黑洞直接由核坍縮形成，則需要至少比太陽重130倍的超級恆星發生超新星爆發。而一旦這樣質量的恆星發生超新星爆發，就會形成正反粒子，使得爆炸變得極不穩定，通常情況下都會把恆星炸得什麼都不剩，根本不會留下黑洞或其他的什麼殘骸。

而這兩個黑洞的質量皆大於50個太陽質量，這意味着它們絕不是單純從恆星的核坍縮中形成的。

科學家們提出了兩種可能性，但每一種可能性都顯得不是那麼可能發生。

第一種可能，GW190521的兩顆黑洞各自由黑洞合併形成。但這就意味着需要至少四顆相近黑洞的存在，它們先兩兩合併，之後再發生一次合併。實際上，雖然宇宙如此廣闊，但兩顆黑洞的碰撞合併並不算是非常常見的事件，四顆黑洞的多次合併發生的幾率則更微乎其微。

或許在黑洞較為密集的星系中心、超大黑洞的附近可能發生，但發生幾率仍稱不上大。

不過，若這種猜測成立，對於科學家定位星系中心的位置、探測宇宙的最大範圍則能產生好處。

第二種猜測，則直接推翻了現有的一部分黑洞理論，認為我們對恆星級黑洞的理解產生了誤差。也許，恆星的核坍縮本來就可以產生50倍太陽質量以上的黑洞，以前我們認為這不可能發生，只是因為我們沒找到實例。

所以，這種猜測的最大好處則是可以讓科學家重新審視現有的黑洞理論，畢竟，科學總是在不斷地推翻前有理論的過程中緩步前進的。

不過，不得不說GW190521是一個充滿驚喜與驚嚇的黑洞合併事件。因為在它的源頭問題還未解決的情況下，科學家們又發現了新的問題——根據數據分析結果，兩個黑洞在合併時似乎是以橢圓軌道進行的，這相當不尋常。

按理來說，黑洞這樣質量巨大的物體，可以吸收周圍幾乎一切天體，很難有什麼力量可以撼動它的圓形運行軌跡。而如果GW190521的兩個黑洞附近有更大的黑洞，則應該出現兩個黑洞都被更大黑洞吸引的情況，合併軌道也不會出現橢圓形。

那麼，到底是什麼人類未曾探明的力量影響了兩個黑洞的合併軌道呢？我們仍不得而知。

人類會因黑洞合併遭遇滅頂之災嗎？

2015年9月14日，人類第一次觀測到了引力波的存在。它同樣來自兩個黑洞的合併，分別相當於29個太陽質量和36個太陽質量，距離我們13億光年遠。本次引力波到達地球後造成了地球周圍空間大約千分之一質子直徑的變化，約為0.00084-0.00085費米（1費米等於10的-15次方米）。

此後，時至今日，LIGO觀測台約觀測到了90多次時空漣漪現象，它們基本來自三類宇宙合併事件：黑洞和黑洞的合併，黑洞和中子星的合併，中子星和中子星的合併，其中雙黑洞的合併占據大部分數量。

也可以說，自2015年以來，地球時空已因宇宙引力波的經過被扭曲、改變了九十餘次，不過因為每一次的改變範圍都極其微小，所以並未產生任何實質性的影響（也可能影響已經產生了，只不過我們現有的技術無法觀測到）。

這不禁令人擔憂：若距離地球更近、更大的兩個黑洞合併，其爆炸的衝擊會對人類文明造成傷害嗎？

已知距離地球最近的三個黑洞，分別是麒麟座V616，距離約為2800光年；天鵝座X-1，距離約為6100光年；天鵝座V404，距離約為7800光年。它們的質量分別為太陽的9-13倍、10倍、9倍。

根據這樣的數據，我們可以稍微放寬心了。首先，地球和黑洞的最近距離，無論是2800光年，或是6100光年、7800光年，對於人類來說已經是不可跨越的天塹，但對於宇宙來說，只是一段很小的距離；不過，三個黑洞的質量都很小，且它們各自的周圍不存在特別接近的黑洞。

也就是說，地球目前還不在任何已知黑洞可能合併而被破壞的範圍內，且三個黑洞自身吸收星體後釋放的能量也不足以對地球產生太大影響，三個黑洞也不存在大的坍縮的可能。

黑洞的威脅排除了，人類卻還不能完全放下心來，這並非杞人憂天，而是宇宙實在太過廣大，太過變幻莫測。除了黑洞之外，超新星爆炸、“文明最大殺手”伽馬射線暴、急凍星雲、類星體……一旦地球不小心碰上一個，只需一秒，人類文明就將灰飛煙滅。

不過，也多虧了宇宙的廣大，儘管人類可能永遠無法得知它的全貌，但這對人類也是一種保護。“愛能克服遠距離”，但能量暫時不能——只要距離夠遠，哪怕是最兇殘的伽馬射線暴，也無法傷及人類分毫。

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