距離 70 億光年遠，一對正在碰撞的黑洞已經交付，在閃亮的重力波拼盤，最受歡迎的檢測之一黑洞天文學——極度難以捉摸的「中量級」黑洞，位於恆星質量黑洞和超大質量黑洞之間。
然而，這兩個碰撞的黑洞不僅結合形成了這個中等質量黑洞，而且其中一個是另一個黑洞獨角獸——正好落在恆星質量黑洞之間所謂的“上部質量間隙”中和中間體，在銀河系中從未偵測到黑洞。
“這次活動提出的問題多於它提供的答案，”LIGO 成員、加州理工學院物理學家艾倫韋恩斯坦 (Alan Weinstein) 說道。 “從發現和物理學的角度來看，這是一件非常令人興奮的事情。”
LIGO 和 Virgo 干涉儀於 2019 年 5 月 21 日偵測到的碰撞重力波訊號與先前的碰撞偵測相比極為短。
但經過艱苦的分析工作發現，合併的產物是一個質量約為太陽 142 倍的黑洞，而產生它的兩個物體的質量分別為 66 和 85 個太陽質量。 這比我們首次探測到五年來探測到的任何黑洞碰撞都要大重力波。
“從一開始，這個只有十分之一秒長的信號就對我們確定其起源提出了挑戰，”理論物理學家亞歷山德拉·博南諾 (Alessandra Buonanno) 說道德國馬克斯普朗克重力物理研究所和馬裡蘭大學的教授。
「但是，儘管持續時間非常短，我們還是能夠將訊號與黑洞合併的預期相匹配，正如愛因斯坦理論所預測的那樣廣義相對論，我們意識到我們第一次目睹了一個中等質量黑洞從黑洞母體中誕生，而它很可能是由早期的雙星合併產生的。
這些結果不僅為中等質量和上部質量間隙黑洞提供了新的線索，而且是理解另一個黑洞之謎的關鍵——超大質量野獸如何變得如此巨大。
即使在最好的時候，黑洞也是一個謎。 由於它們不會發射或反射我們可以檢測到的任何輻射，因此我們通常甚至不知道它們在那裡，除非它們正在積極吞噬物質——這一過程會從黑洞外部發射大量輻射。
模擬顯示重力波從合併前的螺旋波傳出。 （Deborah Ferguson、Karan Jani、Deirdre Shoemaker、Pablo Laguna、喬治亞理工學院、MAYA Collaboration）
但是中等質量黑洞呢？ 它們只是一個謎中的謎——因為它們的數量似乎不多。 我們已經偵測到恆星質量的黑洞，其質量高達太陽的 100 倍； 我們也發現了超大質量黑洞，通常比恆星質量黑洞大一百萬到十億倍。
天文學家有進行檢測他們認為很有可能中等質量黑洞，但是——與大多數黑洞探測一樣——他們是間接的，因此仍無定論。
但重力波使我們能夠直接探測黑洞雙星及其合併的產物。 這使得新發現的訊號 GW 190521 成為中等質量黑洞的第一個結論性直接觀測。
“天文物理學中最大的謎團之一是超大質量黑洞是如何形成的？”重力波天文學家克里斯多福貝裡說西北大學。
「它們是房間裡數以百萬計的太陽質量的大象。它們是從恆星質量黑洞中生長出來的，這些黑洞是在恆星坍塌時誕生的，還是透過未被發現的方式誕生的？我們長期以來一直在尋找中等質量的黑色黑洞。”
但那個 85 個太陽質量的黑洞也是一個奇蹟。 因為，根據我們的模型，超過約 65 個太陽質量的黑洞無法由單顆恆星形成，例如恆星質量黑洞。
這是因為前身恆星質量如此之大，以至於它們的超新星被稱為配對不穩定超新星- 應該完全消滅恆星核心，不留下任何東西會因引力塌陷成黑洞。
這就產生了我們所謂的「上部質量間隙」（下部質量間隙位於黑洞和中子星之間；你可以在這裡閱讀相關內容如果你喜歡）。 GW 190521 的 85 個太陽質量黑洞是在這個質量間隙中第一個被自信偵測到的黑洞。
它提出了另一個難題。 在這個質量間隙中偵測到黑洞可能意味著我們並不像我們想像的那樣了解大質量超新星。 或者，也許更有可能的是，85 個太陽質量的黑洞是早期合併的結果。
當然，在重力波天文學還處於起步階段的現階段，我們無法判斷該事件本身是否為異常值。
“我們還不知道 GW190521，這個令人驚訝的發現和首次觀測到的中等質量黑洞，是一種全新的雙星黑洞，還是只是我們迄今為止所看到的源光譜的高質量端， ”說德國漢諾威阿爾伯特愛因斯坦研究所和德國漢諾威萊布尼茨大學引力物理研究所的物理學家卡斯滕丹茲曼（Karsten Danzmann）。
第一次進行這些直接檢測是非常令人興奮的，並且代表了最好的科學發現：回答問題，並繼續提出大量新問題。
“我們確實正處於重力波天文學的黎明期，”天文學家蔡斯金博爾說西北大學。 “很難找到比這更好的時機成為天文物理學家了。”
