可疑引力波或暗示原始黑洞—抑或僅是噪聲
Curious gravitational wave may hint at primordial black holes—or just be noise
18 NOV 2025 5:35 PM ETBYADRIAN CHO
f t這是一個渺茫的機會，但科學家可能已發現大爆炸後不久形成的奇特原始黑洞。線索來自激光干涉引力波觀測站及其歐洲對應設施處女座，它們能探測到當黑洞等大質量天體旋轉合併時在空間中產生的微小漣漪。11月12日，激光干涉引力波觀測站和處女座發出自動警報，報告一場合併事件，其中至少有一個物體質量太輕，無法成為普通黑洞或恆星坍縮形成的中子星。
「如果這被證實為真，那將是巨大的發現，」杜倫大學的天體粒子理論學家杜納·克隆表示，他未參與此次觀測。「這不是我們能用常規天體物理過程解釋的事件。」但格拉斯哥大學的引力波天文學家兼激光干涉引力波觀測站成員克里斯托弗·貝里指出，該信號可能是探測器噪聲，他於偵測後幾小時內在Bluesky上分享了警報。「你可能會下注反對」該信號為真，他說，「但猜測很有趣。」
當兩個黑洞或中子星螺旋式相互靠近時，它們會在空間中激起稱為引力波的漣漪。探測這些微小擾動需要大型儀器。激光干涉引力波觀測站由路易斯安那州和華盛頓州的兩個L形光學干涉儀組成，每個干涉儀的臂長為4公里，雷射光在其中共振。義大利的處女座則有3公里長的臂。當引力波通過時，會使一個臂比另一個臂拉伸得更多，因此來自兩臂的光會干涉，並以與波同步的信號從儀器中洩漏出來。
自2015年以來，激光干涉引力波觀測站和處女座已探測到300多起事件。其中99%是黑洞合併事件，少數是中子星合併事件。所有涉及物體的質量均大於太陽質量——1太陽質量。中子星的質量在1.1到2.2太陽質量之間，而由恆星坍縮形成的黑洞則更重，有時可達數十個太陽質量。
然而，新警報顯示，兩個合併物體中至少有一個質量小於1太陽質量。貝里在Bluesky上寫道：「如果此合併事件被證實，這可能成為原始黑洞群體的決定性證據。」
這是一個巨大的「如果」。對於每個警報，激光干涉引力波觀測站和處女座都會提供一個虛假警報率，用於估計單純探測器噪聲產生此類大小誤報信號的頻率。此警報的虛假警報率最初為每6.2年一次，後修訂為每4年一次。貝里表示，對於普通黑洞合併事件來說，此速率是可接受的，因為它們以每幾天一次的頻率出現。但對於可能重寫教科書的罕見事件來說，此速率過高，令人不安。
原始黑洞的說法也頗為棘手。它們可能形成於新生宇宙中的致密區域在自身引力下坍縮之時，原則上可具有任何質量。一些科學家長期認為原始黑洞可能解釋宇宙看不見的暗物質。但如果有大量此類天體漂浮在周圍，它們應偶爾會從恆星前方經過，並通過引力短暫放大恆星光線。天文學家尚未觀察到此效應，這限制了原始黑洞的數量，並排除了它們作為暗物質唯一來源的可能性，克隆表示。
合併的物體也可能是中子星，只是較為怪異的類型。普通中子星形成於不足以形成黑洞但質量仍為太陽數倍的恆星坍縮過程中。約翰斯·霍普金斯大學的理論天體物理學家埃馬努埃萊·貝爾蒂指出，理論家們構想出可能產生較輕中子星的情景。例如，當一顆極大恆星坍縮成黑洞時，可能短暫形成物質環，像手鐲上的裝飾品一樣產生迷你中子星。但貝爾蒂表示，這種模型過於牽強。「它幾乎和原始黑洞一樣純屬猜測。」
研究人員表示，沒有其他已知天體物理物體能產生此類信號。以白矮星為例，它是像太陽這樣普通恆星燃燒殆盡後的殘骸。每顆白矮星寬達數千公里，因此一對白矮星在旋轉時會在激光干涉引力波觀測站和處女座無法探測的較低頻率下接觸並合併。
激光干涉引力波觀測站和處女座發出警報，以便天文學家能尋找可能伴隨該事件的爆炸。此類天文現象需要物質，並指向中子星為來源。然而，激光干涉引力波觀測站和處女座僅將源頭定位在月球大小6000倍的天空區域內，可能使該搜索徒勞無功。
然而，雪城大學的引力波天文學家及前激光干涉引力波觀測站成員亞歷山大·尼茨表示，研究人員或許能僅從引力波信號本身確定源頭的性質。典型的黑洞合併會產生如雷聲般的撞擊聲，但低質量物體螺旋合併時會持續數分鐘或數小時的嗡鳴聲。中子星的嗡鳴聲特性會略有不同，因為它們會對彼此施加潮汐力，而黑洞則不會。「我們實際上可以測量，這究竟是真正的中子星還是真正的黑洞？」尼茨說。
研究人員表示，要確認該事件為真，需發現更多類似事件。「當你看到任何事物的第一個候選案例時，你總是非常懷疑，」貝爾蒂說，「但當你開始看到整個類別的事物時，你就會更有信心。」即便如此，克隆表示，這個邊緣信號可能仍是一個謎題。「我們不太可能確切知道此警報是否真實。」