据阿根廷布宜诺斯艾利斯经济新闻网5月12日报道，宇宙最大未解谜团之一，如今又增添了新的解谜线索。由英国加的夫大学牵头的一支国际科研团队找到了相关证据，得以解释宇宙中发现的巨型黑洞究竟如何形成。

科学家表示，这类巨型黑洞并非由大质量恒星直接坍缩形成，而是在密度极高的星团内部，经由接连不断的剧烈合并演化而来。

本次研究分析依托专注于引力波探测的LIGO-Virgo-Kagra合作组织的数据展开，共收录了153例已确认的黑洞合并事件。这支国际合作科研团队对记录中质量最大天体的质量、自转状态及分布特征展开研究，试图从中找寻能够揭示黑洞起源的规律特征。

研究论文第一作者、加的夫大学学者法比奥·安东尼尼解释道，如今引力波天文学的研究范畴早已不只是统计黑洞合并事件。他强调，这一学科“正开始揭开黑洞的成长方式、诞生位置，以及其背后所反映的大质量恒星演化与消亡规律”。

这份发表于英国《自然-天文学》杂志的研究结论指出，借助引力波探测到的大质量黑洞属于独立族群，与普通恒星坍缩诞生的黑洞存在本质区别。研究团队将黑洞划分为两类：一类为小质量黑洞，符合恒星直接坍缩形成的特征；另一类为大质量黑洞，其运动规律与自转特征仅能通过致密星团内部的“层级式合并”理论予以解释。

加的夫大学研究员伊索贝尔·罗梅罗-肖表示：“最令我们意外的是，大质量黑洞作为一个独立族群，特征区分十分明显。我们分析的小质量黑洞系统大多自转速度缓慢，而大质量黑洞系统自转更快，且自转方向看似毫无规律。这正是黑洞在致密星团中反复合并所呈现出的典型特征。”

这项研究最具创新性的成果之一关乎天文学界提出的“黑洞质量空隙”，理论模型划定了一个约45倍太阳质量的禁区范围。

物理学理论曾认为，超大质量恒星无法在这一质量区间坍缩形成黑洞，反而会因名为“对不稳定性”的效应而发生爆炸、自行解体。然而，这个引力波合作数据却在该区间探测到了天体存在，颠覆了以往的传统理论模型。

本次研究为黑洞质量空隙的真实存在，以及二代黑洞填补这一质量空隙的演化方式，提供了迄今为止最有力的实证。论文指出，大质量黑洞的自转规律与质量分布特征，足以证明其源于“层级式合并”，而非恒星直接演化。

安东尼尼解释道：“我们的研究证实了学界长期预测的对不稳定性质量空隙的存在，这一质量区间理论上不会有恒星坍缩形成黑洞。”

这个引力波合作数据观测到的天体恰好集中在这一临界区间。这也让科学家开始思考，究竟是现有恒星演化理论模型需要修正，还是这类天体印证了黑洞存在其他形成途径。

另一权威资料补充了相关技术细节，进一步佐证了该项研究成果。理论表明，对不稳定性效应会阻止质量超过约50倍太阳质量的恒星形成黑洞。对不稳定性超新星爆发会彻底摧毁超大质量恒星的核心，因此相当于40至130倍太阳质量区间本应无黑洞存在。但这个引力波合作数据却在这一理论禁区内发现了黑洞天体。

加的夫大学科研团队借助族群推演与层级演化模型研究发现，黑洞可分为两大独立族群：一类自转速度低，分布止于质量空隙边缘；另一类自转速度高、方向各向随机，分布覆盖全质量区间并填满质量空隙，与致密星团内多次合并的演化假说高度吻合。

研究团队还精准测算出关键天体物理参数，为大质量恒星内部氦元素燃烧过程建立模型，并首次在引力波天文学与核物理领域之间搭建起关联桥梁。

加的夫大学研究员法尼·多索普卢总结道：“未来，引力波观测数据有望助力科学家深入研究核物理领域。因为对不稳定性划定的质量临界值，完全取决于大质量恒星核心内部发生的核反应过程。”

LIGO-Virgo-Kagra合作组织所汇集的观测数据与演化模型，让人类对致密星团在宇宙演化进程中的作用有了全新认知。在这类天体环境中，恒星聚集密度最高可达太阳系周边区域的百万倍，为黑洞之间的多次合并创造了绝佳条件。

数据复盘分析显示，大质量黑洞不仅自转速度更快，自转方向还呈随机分布特征，与动态天体环境中层级式合并理论的预测完全契合。

有效自转参数能够反映双黑洞系统两颗天体自转的综合效应，研究人员凭借这一参数成功区分出两类黑洞族群。在质量空隙区间之下，黑洞的有效自转参数分布范围狭窄，属于第一代恒星坍缩形成的原生黑洞；而在质量空隙区间之上，该参数分布变得宽泛且对称，完全符合黑洞多次合并形成天体的特征规律。

科学分析表明，通过有效自转参数分布形态发生突变的初始质量，便可判定质量空隙的位置与存在范围。

第一代黑洞合并事件的发生概率，在突破这一质量临界值后便降至零；而符合多次合并特征的高自转黑洞族群，恰好填补了这一质量空白区间。

该项研究将星团动态演化规律与质量空隙黑洞的存在特征相关联，为解读超大质量恒星的演化历程以及宇宙黑洞生长的演化机制，提供了全新研究思路。

研究成果也推动学界继续扩充黑洞合并事件观测星表。未来每一次观测数据，都有望为完善天体物理模型、破解大质量恒星核物理未解难题提供关键支撑。

下一代天文望远镜与引力波探测设备，将进一步深化对这类天体现象的研究，为探索宇宙核心奥秘开启更多全新发现之路。（编译/韩超）