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GW190521

GW190521（或稱GW190521g，最初稱為S190521g）[5]，是指兩個黑洞合併產生的一次重力波訊號。這次的黑洞合併被指與一道閃光有關係，若與黑洞合併有關，合併在第三個超大質量黑洞附近。[2][6]由雷射干涉重力波天文台（LIGO）和室女座干涉儀探測器（Virgo）於2019年5月21日協調世界時03:02:29觀測到[7]，並在美國時間2020年9月2日正式發佈[4][5][8][9]；在離地球約170億光年外發生[5][10]，在往后髮座、獵犬座和鳳凰座方向位於765平方度的範圍內發生[11][1][2][6][12]。

GW190521
LIGO漢福德（左）、LIGO利文斯頓（中）和室女座干涉儀（右）觀測到的重力波信號GW190521
事件類型重力波、瞬變天文事件、天體 編輯維基數據
日期2019年5月21日 編輯維基數據
儀器雷射干涉重力波天文台、室女座干涉儀[1][2]
星座后髮座、獵犬座、鳳凰座 編輯維基數據
赤經12h 49m 42.3s[3]
赤緯−34° 49′ 29″[3]
曆元J2000.0
距離5,300百萬秒差距（17,000百萬光年）[4]
紅移0.82 ±0.3 編輯維基數據
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GW190521經分析後，訊號分別由85個和66個太陽質量（M☉）的黑洞合併發出[13]，合併產生142個太陽質量的黑洞，其餘9個太陽質量則轉化成重力波能量，為首次觀測到中介質量黑洞真實存在，亦錄得有史以來最大型的黑洞合併事件。[4][5][8][14]

對物理學的意義

GW190521由於形成和組成的黑洞質量之大，被指是重大的發現。恆星演化理論認為恆星形成的黑洞最大只有約60 M☉[15]，令此數值以上出現很大的黑洞質量間隙（英語：Stellar_black_hole#Upper_mass_gap）。GW190521所觀測到的85+21
−14 M☉和142+28
−16 M☉黑洞都在質量間隙中，證明了其可以以較小的黑洞合併形成。[4]

在此之前，只有間接證據證明100至10萬倍太陽質量中介質量黑洞的存在，亦不知道他們怎麼形成，[16]研究人員假定其由一連串更小的黑洞合併形成，最終發生觀測到的合併事件。[8]

研究成員西北大學的瓦西莉基·卡洛耶拉指，這是第一次亦是到目前為止唯一一次觀測到的中介質量黑洞，亦知道了至少一種其形成的方法。[10]

2021年，加利西亞高能物理研究所（加利西亞語：Instituto Galego de Física de Altas Enerxías）（IGFAE）、葡萄牙阿威羅大學、里斯本大學高級技術學院（葡萄牙語：Instituto Superior Técnico）、西班牙華倫西亞大學、澳洲蒙納許大學和香港中文大學的科學團隊認為GW190521並非是兩個黑洞合併產生的重力波訊號，而是兩顆向量玻色子星合併產生的。由於玻色子星的合併過程比黑洞合併要弱很多，因此計算得出的距離也比原先估計值還要近，導致最終形成的黑洞質量增加為太陽質量的250倍。[17]

可能相關的電磁活動

2020年6月，天文學家報告一道閃光可能與GW190521有關係，茲威基瞬變設施（英語：Zwicky Transient Facility）（ZTF）報告發現觸發GW190521g附近的瞬變光源，但由於在數百平方度外發生，組織仍對此不確定，若黑洞合併與此有關，會是首個黑洞合併與電磁輻射有關的發現[2][3][6][18]。黑洞合併正常來說不會發光，研究人員認為若黑洞合併發生在穿過一條不相關但相近超大質量黑洞吸積盤的軌道，影響吸積盤材質和光的產生，新合併後的黑洞可能以每秒200公里的速度穿越吸積盤。[19]若這個解釋正確，閃光會在約1.6年後，當黑洞再次遇到吸積盤時，再次出現。[3][19]

研究的首席天文學家馬修·格雷厄姆（Matthew Graham）指，超大質量黑洞在多年來已有活動，這次突然的閃光發生的時間和位置都與重力波事件吻合，研究亦認為閃光很可能與黑洞合併有關，但不能排除其他可能性。[19]

參見

 
維基新聞中的相關報導：科學家發現最大規模黑洞合併事件

參考資料

  1. ^ 1.0 1.1 Superevent info - S190521g. LIGO. 2019-05-21. （原始內容存檔於2020-06-28） （英語）. 
  2. ^ 2.0 2.1 2.2 2.3 Cofield, Calla. Black Hole Collision May Have Exploded With Light. NASA. 2020-06-25. （原始內容存檔於2020-06-28） （英語）. 
  3. ^ 3.0 3.1 3.2 3.3 Graham, M.J.; et al. Candidate Electromagnetic Counterpart to the Binary Black Hole Merger Gravitational-Wave Event S190521g (PDF). Physical Review Letters. 2020, 124 (25): 251102. Bibcode:2020PhRvL.124y1102G. PMID 32639755. arXiv:2006.14122  . doi:10.1103/PhysRevLett.124.251102. （原始內容存檔 (PDF)於2020-07-11） （英語）. 
  4. ^ 4.0 4.1 4.2 4.3 Abbott, R.; et al. Properties and Astrophysical Implications of the 150 M ⊙ Binary Black Hole Merger GW190521. The Astrophysical Journal. 2020-09-02, 900 (1): L13. doi:10.3847/2041-8213/aba493 （英語）. 
  5. ^ 5.0 5.1 5.2 5.3 Abbott, R.; et al. GW190521: A Binary Black Hole Merger with a Total Mass of 150 M ⊙. Physical Review Letters. 2020-09-02, 125 (10): 101102. doi:10.1103/PhysRevLett.125.101102 （英語）. 
  6. ^ 6.0 6.1 6.2 Overbye, Dennis. Two Black Holes Colliding Not Enough? Make It Three - Astronomers claim to have seen a flash from the merger of two black holes within the maelstrom of a third, far bigger one.. The New York Times. 2020-06-25. （原始內容存檔於2020-06-25） （英語）. 
  7. ^ GW trigger S190521g ('GW 190521'). 萊斯特大學. 2020. （原始內容存檔於2020-06-28） （英語）. 
  8. ^ 8.0 8.1 8.2 Martin. GW190521: The Most Massive Black Hole collision Observed To Date (PDF). LIGO Scientific Collaboration. 2020-09-02. （原始內容存檔 (PDF)於2020-09-04） （英語）. 
  9. ^ 最大規模雙黑洞合併 科技部清大參與發現過程. 中央通訊社. 2020-09-03 [2020-09-09]. （原始內容存檔於2020-09-05） （中文（臺灣））. 
  10. ^ 10.0 10.1 Overbye, Dennis. These Black Holes Shouldn't Exist, but There They Are - On the far side of the universe, a collision of dark giants sheds light on an invisible process of cosmic growth.. The New York Times. 2020-09-03. （原始內容存檔於2020-09-02） （英語）. 
  11. ^ Mo, Geoffrey. GCN Circular - Number: 24640 - LIGO/Virgo S190521g: Updated sky localization. NASA. 2019-05-21 [2020-09-09]. （原始內容存檔於2020-06-27） （英語）. 
  12. ^ Gradute Center, CUNY. Black hole collision may have exploded with light. Phys.org. 2020-06-25. （原始內容存檔於2020-06-26） （英語）. 
  13. ^ Siegel, Ethan. LIGO's Biggest Mass Merger Ever Foretells A Black Hole Revolution. Forbes. 2020-09-03. （原始內容存檔於2020-09-04）. 
  14. ^ LIGO 與 Virgo 確認迄今已知最大型黑洞合併　質量為太陽 142 倍. 立場新聞. 2020-09-03 [2020-09-09]. （原始內容存檔於2020-09-11） （中文（香港））. 
  15. ^ Mapelli, M.; Spera, M.; Montanari, E.; Limongi, M.; Chieffi, A.; Giacobbo, N.; Bressan, A.; Bouffanais, Y. Impact of the Rotation and Compactness of Progenitors on the Mass of Black Holes. The Astrophysical Journal. 2020, 888 (2): 76. doi:10.3847/1538-4357/ab584d （英語）. 
  16. ^ Miller, M. Coleman; Colbert, E. J. M. Intermediate-Mass Black Holes. International Journal of Modern Physics D. 2004, 13 (1): 1. Bibcode:2004IJMPD..13....1M. arXiv:astro-ph/0308402  . doi:10.1142/S0218271804004426 （英語）. 
  17. ^ Calderón Bustillo, Juan; Sanchis-Gual, Nicolas; Torres-Forné, Alejandro; Font, José; Vajpeyi, Avi; Smith, Rory; Herdeiro, Carlos; Radu, Eugen; Leong, Samson. GW190521 as a Merger of Proca Stars: A Potential New Vector Boson of 8.7×10^−13 eV. Physical Review Letter. 2021. arXiv:2009.05376  . doi:10.1103/PhysRevLett.126.081101 （英語）. 
  18. ^ Black hole collision may have exploded with light. ScienceDaily. 2020-06-26. （原始內容存檔於2020-06-26） （英語）. 
  19. ^ 19.0 19.1 19.2 Carpineti, Alfredo. Astronomers May Have Observed The First Flare From A Black Hole Collision. IFLScience. 2020-06-25. （原始內容存檔於2020-06-29） （英語）. 

外部連結

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