天文学家发现了三个合并黑洞亚群的证据

艺术家的想象，描绘了一对黑洞合并，其中一个具有异常的自旋。图片来源：斯威本科技大学

LIGO‑Virgo‑KAGRA 合作组发现双黑洞合并可分为三大类

一、重力波数据揭示三类混合

LIGO‑Virgo‑KAGRA 合作组近日在分析其第四版重力波目录（GWTC‑4）时，发现超过 150 起双黑洞合并事件并非单一来源产生。研究显示，合并双黑洞的质量、旋转行为与合并速率均呈现出三种互不相同的分布模式，暗示它们可能源自不同的主导形成机制。

论文已于 2026年提交至预印本服务器 arXiv。

二、三类混合

1. 低质量组（占 79%）

质量峰值：约 10 太阳质量

自旋特征：自旋缓慢，偏振角小，几乎与轨道平面平行

形成机制：典型的孤立双星演化——两颗伴星相互交换质量后分别坍缩为黑洞，并在无外部扰动下合并。

科研团队指出，该组的质量与自旋分布与“孤立二元进化”模型高度吻合，表明其来源最有可能是孤立双星系统。

2. 中等质量组（占 14.5%）

质量峰值：约 35 太阳质量

自旋与质量比：黑洞质量近乎相等，旋转分布包括与轨道平行与不平行两种情况，且自旋摆动幅度较第一组更大

形成机制：聚集环境（如球状星团）或由第三个远处物体引发的三体交互；可能涉及“群体形成”或“三体效应”。

团队分析：中等质量组显示更高的自旋摆动与质量不均，暗示形成环境更为混乱，可能与球状星团中的动力学相互作用有关。

3. 高质量组（占 2.5%）

质量分布：位于质量分布的高端，质量差异显著

自旋行为：自旋复杂，摆动明显

形成机制：层级合并——至少有一个黑洞是前一次合并的残余物，进一步与另一黑洞合并。

研究人员表示，这一组的独特特征最符合“层级合并”模型，但仍可能存在其他未识别的形成途径。

三、未来展望

团队声明： “虽然这些结论相当稳健，但将子群体与单一形成通道直接关联仍有难度。”

随着 LIGO‑Virgo‑KAGRA 合作组未来数据的不断发布，研究者期望能进一步厘清不同双黑洞合并种群的形成路径。

勇编撰自论文"On the Astrophysical Origin of Binary Black Hole Subpopulations: A Tale of Three Channels?".arXiv.相关信息，文中配图若未特别标注出处，均来源于自绘或公开图库。