天文學家首次偵測到225倍太陽質量黑洞合併

更新於 07月23日04:05 • 發布於 07月23日04:00 • 高詩豪

美國國家科學基金會（NSF）所屬的雷射干涉儀重力波觀測站（LIGO）團隊，聯合 Virgo（義大利）及 KAGRA（日本）合作夥伴（LVK 聯盟），於 2023 年 11 月 23 日偵測到兩個黑洞合併事件（編號 GW231123），產生了一個質量超過太陽 225 倍的黑洞，是目前藉重力波觀測到總質量最大的一次黑洞合併。

自 2015 年 LIGO 首度直接偵測到重力波以來，全球重力波觀測網已陸續發現逾 300 起黑洞合併事件。此次 GW231123 中，兩個初始黑洞質量分別約為太陽的 100 和 140 倍，合併後形成「中等質量黑洞」（intermediate-mass black hole），其質量介於恆星崩塌形成的黑洞與星系中心超大質量黑洞之間，屬於極罕見的天體型態。

史上最大總質量黑洞合併首度透過重力波捕捉

圖為GW231123黑洞合併事件的重點資訊圖表。圖中顯示，這是目前觀測到質量最大的一對雙黑洞合併事件，由質量分別為103與137個太陽質量的黑洞組成，合併後總質量超過225個太陽質量，屬於中等質量黑洞。這兩個黑洞自轉極快，約達最大自轉速率的80~90%，也就是地球自轉速度的40萬倍。合併產生的重力波信號來自距離地球20至130億光年，於2023年11月23日同時被LIGO Hanford與LIGO Livingston兩座重力波探測器偵測，訊號僅持續0.1秒。GW231123兩個黑洞的高質量和高速自轉推測可能是由過去黑洞多次合併形成，並標示出其落在天體物理質量分布中的「高質量缺口」區間。圖／第 24 屆廣義相對論與引力國際會議（GR24）

值得注意的是，此次合併黑洞本身轉速極快，且如此龐大的黑洞依照傳統恆星演化理論應難以直接形成，顯示其可能經歷過多次較小黑洞的合併過程，逐步累積質量。這一觀測結果，對現有黑洞形成與成長理論帶來挑戰，也再度展現重力波觀測能揭露宇宙中極端天體與物理現象的獨特價值。

本發現於 2025 年 7 月於英國格拉斯哥舉辦的第 24 屆廣義相對論與引力國際會議（GR24）及第 16 屆 Edoardo Amaldi 重力波會議中發表。

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圖片來源：第 24 屆廣義相對論與引力國際會議（GR24）　(CC BY 4.0)

參考出處：
1、24th International Conference on General Relativity and Gravitation & 16th Edoardo Amaldi Conference on Gravitational Waves

延伸閱讀：
1、超級大胃王！兩個超大質量黑洞被抓包一起吃晚餐

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