【2025年07月16日訊】（記者吳瑞昌綜合報導）近期，天文學家透過重力波意外發現，距離地球10億光年的兩個巨大黑洞碰撞融合，形成一個比太陽質量大225倍的巨型黑洞。這是迄今最大規模雙黑洞合併事件，其質量過於巨大正在挑戰現有的天文學黑洞形成理論。
美國激光（雷射）干涉重力波天文台（LIGO）、意大利室女座重力波探測器（Virgo Interferometer）、日本神岡重力波探測器（KAGRA）組成「LIGO-Virgo-KAGRA」（LVK）合作計劃，持續探測太空中的重力波訊號。迄今為止已偵測到來自中子星、超新星、約300個黑洞合併時，發出的重力波訊號。
2023年5月，LVK正在運行第四次觀測。他們於11月23日偵測到這次黑洞合併事件產生的重力波，將其編號為「GW231123」。他們觀察到兩個黑洞相互旋轉快速靠近，形成類似「太極」的軌跡，最終合併為一個超大的黑洞。
分析顯示，新黑洞質量為太陽的225倍，它分別是由太陽的137倍和103倍的黑洞質融合後形成，部分質量在融合過程中被轉變成重力波能量。
另外，「GW231123」黑洞質量遠大於2019年宣布的最大黑洞合併紀錄保持者「GW190521」。當時「GW190521」是由太陽質量85倍和66倍的黑洞合併形成的新黑洞，其質量是太陽的140倍。
研究人員觀察到這兩個黑洞的旋轉速度，都接近物理學允許的最高速度（一個是極限速度的90%，另一個接近80%），突破現有重力波探測技術和黑洞理論模型的極限。
由於該黑洞質量龐大，天文學家僅捕捉到最後幾次重力波的波動，大約發生在碰撞尾端0.1秒的時候，這使得這事件的解釋變得特別困難。目前，研究人員正在持續研究分析和完善現有的黑洞模型理論，以解釋和了解此類極端事件。
研究人員表示，若依據目前的黑洞標準演化模型來看，一顆大質量恆星末期塌縮時，難以形成質量介於太陽60倍到130倍的黑洞。原因是目前天文學界認為，這個質量範圍內形成黑洞的恆星，通常會在死亡時完全爆炸，不會留下黑洞。因此，「GW231123」事件正挑戰既有的理論模型。
天文學家推測，這兩個黑洞可能屬於同一黑洞家族，由早期較小黑洞多次合併碰撞形成。這種現象可能發生在恆星和黑洞密集團中，形成快速旋轉的黑洞，就像觀測到的「GW231123」事件一樣。
然而，美國馬里蘭大學帕克分校（University of Maryland, College Park）的天文學教授科爾‧米勒（Cole Miller）認為，這種潛在的解釋存在一個問題。原因是形成巨大黑洞，可能需要經過多次合併，但黑洞可能會以不同的方向旋轉，從而降低最終黑洞的旋轉速度。
天文學家還給出另一種解釋，這些黑洞可能在一個更大黑洞的陰影下膨脹，這個陰影位於所謂的活動星系核。活動星系核是星系中心的一個區域，圍繞著一個超大質量黑洞，該黑洞正在吞噬一個氣體盤。如果這些黑洞誕生或落入該氣體盤中，就可能會吞噬氣體，使其質量膨脹，最終合併一起。
LVK合作組織成員、英國卡迪夫大學（Cardiff University）物理學家馬克‧漢納姆（Mark Hannam）對美國加州理工大學（California Institute of Technology）新聞室表示，「我們透過重力波觀測到質量最大的雙黑洞。它對我們理解黑洞的形成提出了真正的挑戰。」
漢納姆解釋道，「因為如此巨大的黑洞，在標準的恆星演化模型中是幾乎不可能的存在，除非它們是由早期較小黑洞合併形成。」
LVK成員、英國樸茨茅斯大學（University of Portsmouth）重力波天文物理學家查理‧霍伊（Charlie Hoy）博士則表示，「這些黑洞旋轉得非常快，接近愛因斯坦廣義相對論的極限，這使得信號難以建模和解釋。不過，這正是個推動我們理論工具研究和發展的絕佳案例。」
LVK成員、英國伯明罕大學（University of Birmingham）物理學院助理教授格雷戈里奧‧卡魯洛（Gregorio Carullo）博士表明，「目前業界需要花費數年時間，才能完全解開這種複雜的訊號模式和意義。儘管現在最可能的解釋是黑洞合併，但更複雜的場景可能是解讀其意外特徵的關鍵。」
「這次事件將我們的儀器和數據分析能力推向極限。同時也表明我們可以從重力波天文學中，探索和學習到更多的東西。」LVK成員、美國加州理工學院博士後研究員索菲‧比尼（Sophie Bini）說道。
此項研究成果於7月13日發表在arXiv網站上，並於7月14日至18日在英國蘇格蘭格拉斯哥（Glasgow）舉行的第24屆廣義相對論和引力國際會議（GR24），以及第16屆愛德華多‧阿馬爾迪引力波會議上發表。
