近日，中國科學院紫金山天文臺研究員范一中領(lǐng)銜的研究團隊，利用引力波探測器陣列LIGO-Virgo-KAGRA的GWTC-3觀測數(shù)據(jù)研究了并合黑洞的形成問題，揭示了恒星塌縮形成和重復(fù)并合形成的兩類黑洞的分布特征。研究成果以Resolving the stellar-collapse and hierarchical-merger origins of the coalescing black holes為題，發(fā)表在《物理評論快報》（PRL）上。

目前，LIGO-Virgo-KAGRA已經(jīng)探測到大約70例高置信度雙黑洞并合事件。然而，這些黑洞的天體物理學起源依然懸而未決。它們中的大多數(shù)被認為起源于恒星坍縮，有些可能是先前并合的產(chǎn)物，可靠地區(qū)分這兩組子類具有挑戰(zhàn)性。

紫金山天文臺引力波天文研究團隊提出了一種新的數(shù)據(jù)驅(qū)動的種群統(tǒng)計模型，該模型考慮了黑洞的質(zhì)量和自旋分布之間的相關(guān)性，有利于解析不同起源黑洞的子類。研究團隊將這種方法應(yīng)用于最新的GWTC-3數(shù)據(jù)，成功揭示了自旋大小和質(zhì)量分布區(qū)別顯著的兩個子類。其中，大質(zhì)量/高自旋黑洞子群的典型特征是自旋大小約為0.7，與雙黑洞并合形成產(chǎn)物的特征一致。質(zhì)量較小/低自旋的黑洞子群在質(zhì)量大約為40個太陽質(zhì)量處存在一個截止，這與“對不穩(wěn)定超新星”爆炸的理論預(yù)測高度吻合。該研究不僅成功揭示了并合黑洞的起源，還為研究宇宙膨脹提供了新途徑。

該工作得到國家自然科學基金項目及新基石基金會的支持。

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