在最近發表在《天文學與天體物理學快報》上的一項研究中,麻省理工學院《MIT》的一組研究人員使用各種計算機模型來檢查69個已確認的雙黑洞,以幫助確定它們的起源,並發現它們的數據結果根據模型的配置發生了變化。
從本質上說,輸入一直在改變輸出,研究人員希望更好地理解這種情況是如何發生的,為什麼會發生,以及可以采取哪些步驟來獲得更一致的結果。
在LIGO實驗室工作的麻省理工學院研究生西爾維婭·比斯科瓦努《Sylvia Biscoveanu》是該研究的合著者之一,她在一份聲明中說:『當你改變模型,使其更靈活或做出不同的假設時,你就會得到關於黑洞如何在宇宙中形成的不同答案。
我們表明,人們需要小心,因為我們的數據還沒有到可以相信模型告訴我們的程度』
像雙星一樣,雙黑洞是兩個相互環繞的大質量物體,它們都有可能碰撞或合並在一起,另一個共同的特征是黑洞有時誕生於垂死的大質量恒星的坍塌,也被稱為超新星。
但雙黑洞的起源仍然是一個謎,因為目前關於它們的形成有兩種假設:『場二元演化』和『動力學組裝』。
『場二元演化』是指當一對雙星爆炸時,在它們的位置上產生兩個黑洞,它們繼續像以前一樣相互環繞。
由於它們最初以雙星的形式相互環繞,人們認為它們的自旋和傾斜也應該是對齊的。
科學家們還假設,考慮到相對平靜的環境,它們的對齊自旋表明它們起源於星系盤。
『動力學組裝』是指兩個獨立的黑洞,每個黑洞都有自己獨特的傾斜和旋轉,最終通過極端的天體物理過程聚集在一起,形成自己的雙黑洞系統。
目前假設,這種配對可能發生在一個密集的環境中,如球狀星團,在那裡,數千顆恒星的近距離接觸可能會迫使兩個黑洞聚集在一起。
真正的問題是:雙黑洞中有多大比例來自每種不同的方法?天文學家認為答案就在數據中,特別是黑洞自旋測量中。
利用這69個已確認的雙黑洞,天文學家已經確定這些大質量物體可能來自球狀星團和星系盤。
美國LIGO實驗室與意大利Virgo實驗室合作,確定了69個已確認的雙黑洞的旋轉《旋轉周期》。
西爾維婭·比斯科瓦努說:『但我們想知道,我們是否有足夠的數據來做出這種區分?事實證明,事情是混亂和不確定的,它比看起來更難』
在這項研究中,研究人員不斷調整一系列計算機模型,以確定他們的結果是否與每個模型的預測一致。
一個這樣的模型被配置為假設隻有一小部分的二元黑洞是由排列的自旋產生的,而其餘的則是隨機自旋。
另一個模型被配置為預測適度對比的自旋取向。
最後,他們的發現表明,結果隨著調整後的模型而不斷變化。
從本質上講,結果是基於模型的調整而不斷改變的,這意味著,可能需要比69個已確認的雙黑洞更多的數據才能獲得更一致的結果。
西爾維婭·比斯科瓦努說:『我們的論文表明,你的結果完全取決於你如何模擬天體物理學,而不是數據本身』
『如果我們想提出一個獨立於我們所做的天體物理學假設的主張,我們就需要比我們想象的更多的數據,』薩爾瓦托·維塔勒《Salvatore Vitale》說,他是物理學副教授,麻省理工學院卡弗裡天體物理和空間研究所的成員,也是這項研究的主要作者。
但是,天文學家還需要多少數據?爾瓦托·維塔勒估計,一旦LIGO網絡在2023年初恢復服務,該網絡將能夠每隔幾天檢測到一個新的雙黑洞。
爾瓦托·維塔勒說:『我們現在對自旋的測量非常不確定。
但當我們建立了很多這樣的系統,我們就能獲得更好的信息。
然後我們可以說,無論我的模型的細節如何,數據總是能告訴我同樣的故事 —— 一個我們可以相信的故事』
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