宇宙中神秘的双黑洞系统是如何形成和演化的？其背后究竟有何玄机？这些议题长期以来备受关注，也吸引国际天文学界持续跟踪研究。
来自中国科学院上海天文台的最新消息说，该台韩文标研究员带领的科研团队最近在引力波天文学领域取得突破性进展，他们首次发现双黑洞并合事件可能发生在第三个致密天体附近。这是国际上首次在双黑洞并合事件中发现第三致密天体存在的明确迹象，为揭开双黑洞的形成之谜提供了全新线索。
双黑洞在超大质量黑洞附近并合的艺术想像图。中国科学院上海天文台 供图
这项重要天文发现研究的相关成果论文，北京时间8月1日凌晨在国际专业学术期刊《天体物理杂志快报》上发表。
形成黑洞“三人组”系统
研究团队介绍，自2015年人类首次探测到引力波以来，美国激光干涉仪引力波天文台(LIGO)-欧洲室女座天文台(Virgo)-日本神冈引力波探测器(KAGRA)合作组织(LVK)已探测超过100次引力波事件，其中绝大多数来自双黑洞并合。这些事件为人类理解双黑洞并合的物理过程提供了关键数据，但目前学术界对双黑洞如何形成、如何演化的机制还不确定。
GW190814引力波事件的参数估计结果。中国科学院上海天文台 供图
2018年，论文通讯作者、中国科学院上海天文台引力波团组负责人韩文标和合作者首次研究提出，由一个超大质量黑洞抓住一对双黑洞，形成一个“三人组”，双黑洞在超大质量黑洞附近“跳舞”，进而辐射多频段的引力波。
该“三人组”系统随后在国际上被欧洲空间引力波计划写入白皮书，也被中国空间引力波探测计划列为独特波源。从那时起，研究团队就开始从LVK引力波数据中寻找双黑洞在超大质量黑洞附近并合的证据。
信号中留下独特“印记”
在本项研究中，研究团队经过分析，将目标瞄准编号为GW190814的引力波事件。
论文第一作者、中国科学院上海天文台杨舒程博士指出，GW190814引力波事件中的两个黑洞很不一般，其质量大小相差近10倍。这么悬殊的组合可能是它们曾和一个超大质量黑洞组成“三人组”，在彼此的引力拉扯下越靠越近；也有人认为它们诞生在活动星系核的吸积盘里，被周围其他致密天体的引力推搡着慢慢靠近，最终并合。
LIGO-Virgo-KAGRA引力波合作组织(LVK)公布的引力波事件。中国科学院上海天文台 供图
研究团队提出，若双黑洞在第三个致密天体附近并合，其绕第三个天体的轨道运动会产生视向加速度即沿观测者视线方向的加速度，这种加速度会通过多普勒效应改变引力波的频率，在信号中留下独特“印记”。
为捕捉这一信号，研究团队构建了一种包含视向加速度的引力波波形模板，通过贝叶斯推断方法，对多个高信噪比双黑洞事件进行分析。结果显示，对于 GW190814引力波事件，包含视向加速度的模型显著优于传统的“孤立双黑洞”模型。该事视向加速度的研究表明，数据强烈支持“存在视向加速度”的结论。
处于更复杂引力系统
“这是国际上首次在双黑洞并合事件中发现第三致密天体存在的明确迹象。这一发现意味着GW190814(引力波事件)的双黑洞可能并非孤立形成，而是处于一个更复杂的引力系统中，在揭示双黑洞形成通道方面具有重要价值。”韩文标强调说。
研究团队表示，随着下一代地面引力波探测器(如爱因斯坦望远镜、宇宙探索者)和空间探测器(如欧洲空间引力波计划、中国的太极和天琴计划)投入使用，人类将能更精确地捕捉引力波信号中的细微变化。未来，天文学家可能会发现更多类似 GW190814的引力波事件，帮助人类理解双黑洞的形成演化机制。
