原标题：黑洞合并的条件是什么？为何会合并？来看看天文学家的回答
关于黑洞合并的最新研究表明，成对的黑洞往往具有相似的质量——这表明它们一开始时是大质量的恒星对。
激光干涉引力波天文台 (LIGO) 和室女座干涉仪在其观测运行中发现了越来越多的黑洞合并。这些合并中涉及的黑洞是都具有共同点，还是纯粹偶然呢？
两个合并黑洞的正面模拟图像，LIGO已宣布从其前两次观测运行中检测到其中的10个事件。图片来源：SXS 镜头
双黑洞与其来源
双黑洞如何形成的问题仍然悬而未决，由于所涉及的黑洞质量高于预期，这一问题进一步复杂化。一些天文学家认为双黑洞是双星体中的大质量恒星导致的，而另一些天文学家则提出了密集恒星群中的两个黑洞相遇并配对的场景。另一种可能性是，双黑洞中的黑洞形成于早期宇宙——跳过了作为恒星的存在——并最终形成了双星。
太空中两个黑洞合并的艺术家插图。图片来源：LIGO / T派尔
双黑洞合并是研究黑洞本身的好方法，合并成分（如质量）的特性被刻在产生的引力波中。在前两次观测中，LIGO 和室女座干涉仪发现了10次黑洞合并，所涉及的黑洞质量似乎在18到84个太阳质量之间。
在一项新研究中，玛雅·菲斯班斯和芝加哥大学探索了双黑洞如何根据质量配对。他们发现了一些有趣的东西——事实证明，双黑洞彼此之间的共同点可能比我们想象的要多！
基础分布
菲斯班斯和霍尔茨试图通过不同的黑洞质量分布来解释黑洞合并。从广义上讲，他们考虑了三种情况：
1.黑洞质量仅受最小和最大质量约束。
2.黑洞质量的分布取决于最小质量和最大质量，以及双黑洞质量之比。
3.黑洞质量的分布取决于最小和最大质量、双黑洞成分之间的质量比以及双黑洞的总质量。
该图以蓝色显示了LIGO在前两次观测运行期间检测到的没有不确定性的黑洞的估计质量。当包括不确定性时，LIGO检测到的所有10个系统都具有相同的组件质量。
LIGO-Virgo / Frank Elavsky / 美国西北大学
在对十个可用的 BBH 合并观测进行建模和应用这些场景时，Fishbach 和 Holz 得出了两个主要发现：完全不喜欢随机配对，并且 BBH 中的黑洞质量相似的可能性是其他情况的五倍。他们还发现系统总质量在 BBH 配对中可能不会发挥重要作用。
以质量相似的黑洞结尾的 BBH 形成模型通常是那些涉及大质量双星的模型。这并不排除其他形成机制，但 Fishbach 和 Holz 的工作表明，未来的模型可能需要考虑 BBH 的质量比。
当然，这项工作仅基于十次观察。然而，随着来自 LIGO/Virgo 的更多观测已经开始，天文学家很快就能进一步限制并最终解决这个难题。
相关知识
黑洞是时空展现出极端强大的引力，以致于所有粒子、甚至光这样的电磁辐射都不能逃逸的区域。广义相对论预测，足够紧密的质量可以扭曲时空，形成黑洞；不可能从该区域逃离的边界称为事件视界。虽然，事件视界对穿越它的物体的命运和情况有巨大影响，但对该地区的观测似乎未能探测到任何特征。在许多方面，黑洞就像一个理想的黑体，它不反光。此外，弯曲时空中的量子场论预测，事件视界发出的霍金辐射，如同黑体的光谱一样，可以用来测量与质量反比的温度。在恒星质量的黑洞，这种温度往往在数十亿分之一K，因此基本上无法观测。
最早在18世纪，约翰·米歇尔和皮耶-西蒙·拉普拉斯就考虑过引力场强大到光线都无法逃逸的物体[12]。1916年，卡尔·史瓦西发现了第一个能用来表征黑洞的广义相对论精确解（也就是史瓦西黑洞），然而大卫·芬克尔斯坦在1958年才首次发表史瓦西解做为一个无法逃脱空间区域的解释。长期以来，黑洞一直被认为仅仅来自数学上的好奇。在20世纪60年代，理论工作显示这是广义相对论的一般预测。约瑟琳·贝尔·伯奈尔在1967年发现中子星，激发了人们引力坍缩形成的致密天体可能是天体物理中的实体的兴趣。
BY: AAS NOVA
FY: 董美慧
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