英國卡迪夫大學(xué)的法比奧·安東尼團隊，分析了LIGO-室女座-KAGRA引力波瞬態(tài)目錄（GWTC4）4.0版本中153次黑洞合并探測數(shù)據(jù)，旨在探究最重黑洞的形成方式——是致密恒星環(huán)境中黑洞反復(fù)合并的結(jié)果，還是直接源于大質(zhì)量恒星坍縮。

研究揭示了兩類截然不同的黑洞群體：一類低質(zhì)量黑洞源于大質(zhì)量恒星超新星爆炸后核心的引力坍縮；另一類黑洞的自轉(zhuǎn)特征則表明，它們是致密星團中較小黑洞通過一系列層級合并形成的。這一發(fā)現(xiàn)令研究團隊倍感意外。

“最讓我們驚訝的是，大質(zhì)量黑洞作為獨立群體的特征十分明顯，”團隊成員伊澤貝爾·羅梅羅-肖說，低質(zhì)量黑洞通常自轉(zhuǎn)緩慢，而大質(zhì)量黑洞自轉(zhuǎn)更快、方向隨機，這正是黑洞在致密星團中反復(fù)合并的典型特征，也讓星團起源說更具說服力。

研究還提供了“對不穩(wěn)定性質(zhì)量缺口”的證據(jù)，這一缺口與恒星“死后狀態(tài)”相關(guān)。研究表明，最大質(zhì)量恒星死亡時不會坍縮成黑洞，而是會因超新星爆炸徹底瓦解，這使得恒星級黑洞存在一個“禁止質(zhì)量范圍”，該范圍始于45倍太陽質(zhì)量，超過這一數(shù)值的黑洞均由合并形成。

“我們發(fā)現(xiàn)了‘對不穩(wěn)定性質(zhì)量缺口’的證據(jù)，引力波探測器也找到了處于該缺口附近的黑洞，”安東ini解釋道，“當前的關(guān)鍵問題是，這些黑洞是在暗示我們的恒星演化模型存在錯誤，還是它們確實以其他方式形成。”

該團隊的發(fā)現(xiàn)還能揭示更多關(guān)于超大質(zhì)量恒星“死亡劇痛”的信息，以及恒星天體在密度遠超太陽所處環(huán)境區(qū)域的行為規(guī)律。安東ini指出，質(zhì)量超過45倍太陽質(zhì)量的黑洞，其自轉(zhuǎn)分布變化難以用普通恒星雙星系統(tǒng)解釋，卻與它們在致密星團中經(jīng)歷過早期合并的推測高度吻合。