我们观测到4次引力波了！还要多少次才能双黑洞的起源呢？

本周《自然》发表的一篇论文Distinguishing spin-aligned and isotropic black hole populations with gravitational waves分析了三个引力波信号和另外一个潜在的引力波信号，增进了我们对双黑洞的形成与演变的理解。

研究合并中的双黑洞所产生的引力波能够为认识双黑洞系统的形成提供宝贵线索。一般认为至少存在两种不同的双黑洞形成场景，而研究双黑洞的自旋（黑洞赖以形成的物质的角动量）合并可以验证这些互斥的理论。如果双黑洞源自共生的一对恒星，则它们的自旋应是对齐的，如果源自已经坍缩的恒星之间的动态互作，则可能是不对齐的。

黑洞系统的自旋特性。在双黑洞系统中，如果两个黑洞的自旋轴指向和轨道轴相同，那么它们的自旋是对齐的，如果指向和轨道轴不同，则不对齐。自旋的幅度和对齐程度取决于该系统的演变史。通过分析双黑洞合并前产生的引力波信号，研究者能够确定黑洞自旋的特性，从而揭示此类系统是如何形成的。

Steinn Sigurðsson

英国伯明翰大学的Will Farr及同事检查了四次黑洞合并事件的自旋特性，其中三次（GW150914, LVT151012, GW151226）是在2015年检测到的，另一次（GW170104）在2017年检测到。如果这些黑洞的自旋速度与在银河系观测到的黑洞一样，则表明它们可能是随机对齐，也就意味着合并发生在恒星已经成为黑洞之后。作者认为至多只要再检测到10次此类事件，就有可能可信地确认双黑洞的起源；之前人们认为需要更多的检测才能达到这样的信度水平。

对四次引力波检测有效自旋χ_eff的近似后验，有效自旋范围：−1<χ_eff<1。

Farr et al.

在相应的新闻与观点文章History of black holes revealed by their spin中，美国宾夕法尼亚州立大学的Steinn Sigurðsson写道，该研究结果“意义重大，因为它指明了验证主要的（双黑洞）形成理论需要多少数据，而且表明所需的观测数量有望在不久的未来即实现”。ⓝ

Nature|doi:10.1038/nature23453

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Distinguishing spin-aligned and isotropic black hole populations with gravitational waves