科学探索|摇摆不定的黑洞碰撞或探测器故障？天体物理学家对极端结果感到困惑摇摆不定的黑洞碰撞或探测器

黑洞碰撞是宇宙中一些最极端的现象。当两个黑暗的天体相互旋转时，它们扰乱了时空结构，在宇宙中发出了涟漪。这些涟漪--引力波--最终会冲到地球上，美国、意大利和日本的一些非常敏感的探测器可以 “听到”它们。

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2020年1月29日凌晨，一个这样的涟漪冲过了我们的星球。它被美国的激光干涉引力波天文台（LIGO）和意大利的第三个探测器Virgo的双重探测器接收到。探测器特有的鸣叫声表明，两个黑洞—一个质量约为太阳质量的40倍，另一个为太阳质量的22倍，已经撞在一起。
在周三发表在《自然》杂志上的一项新研究中，研究人员检查了来自这次碰撞产生的波，被称为GW200129 ，当第一次发现时，它显示了一个奇特的信号。该波的鸣叫声似乎表明，相互碰撞的黑洞在其轨道上“摇摆” 。这种摆动在科学上被称为“岁差” ，这将是我们第一次在黑洞中看到这种效应。
然而，其他引力波科学家并不十分确定该信号提供了这种现象的证据。相反，他们想知道数据是否可能受到首次发现GW200129的其中一个引力波探测器的故障的影响。
GW200129发生了什么？
首先，让我们来谈谈那个"摇摆" 。为了直观地了解“岁差” ，请想一想地球绕着太阳运转。你可能会想象我们这个小小的、蓝绿色的星球在一个平面上围绕着这个大而热的气体球旋转。这颗行星围绕太阳运动，没有"向上"或"向下"的偏差。它只是像代托纳500赛道上的赛车一样围绕太阳运动。(这里我们不谈地球的轴心偏移）。
在模拟中，你可以清楚地看到，当两个黑洞互相绕行时，轨道平面会发生变化。
两个黑洞有着相同的关系，在一个漂亮的、平坦的轨道平面上围绕对方旋转，在它们不断靠近对方的过程中以引力波的形式释放能量。但在岁差黑洞中，轨道平面会随着时间的推移而扭曲。爱因斯坦的广义相对论表明，单个黑洞的旋转方式可以影响到岁差。当自旋错位时，轨道面就会被旋转。

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你可以看到加州理工学院天体物理学家Vijay Varma产生的一个例子，这要归功于他在2018年的一篇论文中产生的一个工具，见上面的GIF 。
在理论上，天体物理学家可以通过研究引力波信号来"看到"双体黑洞的岁差，但它是极其微妙的。新研究的作者认为他们已经在数据中捕捉到了这个难以捉摸的信号--发现了一个到处摇摆和倾斜的黑洞双体。
英国卡迪夫大学天体物理学教授、新研究的第一作者Mark Hannam说：“终于观察到了它，这非常令人兴奋。这是自2015年首次探测以来我们一直希望观察到的东西，这是因为它是我们在黑洞合并的极端制度中尚未看到的广义相对论效应，而且它有可能告诉我们很多关于黑洞如何形成的信息。”
一般来说，当一颗恒星坍缩时形成的黑洞旋转得相当慢，而且没有任何前行。但是，由另外两个黑洞碰撞形成的黑洞可能具有相当不寻常的旋转和极端速度，这可能使整个系统陷入混乱。因此， Hannam指出， “一种可能性是，较大的黑洞是在两个黑洞的早期合并中产生的。”