【菜科解读】

2023年11月23日，LIGO–Virgo–KAGRA合作组利用引力波探测器，观测到了一个极端的引力波信号GW231123——这是由两个大质量黑洞在约70亿光年之外并合产生的引力波。

引人注目的是，这两个黑洞都表现出了非常极端的物理性质：其质量分别为约137倍和约103倍太阳质量，并且有着异常高的自旋——这令天文十分困惑，因为按照现有理论，这样的黑洞本应不存在。

如今，在一项新发表于《天体物理学报通信 》的研究中，一个天文学家团队通过对母恒星“从生到死”的过程进行全程模拟，他们找到了此前研究忽略的关键因素——磁场。

匪夷所思的存在

大质量恒星在生命末期会产生超新星爆发，其核心会坍缩成黑洞。

但如果恒星处在某一特定质量范围内，就会发生一种特殊类型的超新星——“对不稳定超新星”，这种爆炸极为猛烈，会把整个恒星彻底摧毁，不留下任何残余物。

因此，天文学家一直认为，不会出现质量在约70到140倍太阳质量之间的黑洞。

所以，当他们在GW231123事件中发现了处于这个“质量空隙”内的黑洞时，感到非常不解。

不过，这个质量空隙内的黑洞可以通过“间接方式”形成，例如两个黑洞并合成一个更大的黑洞。

然而，科学家认为这种情况对GW231123来说并不成立。

这是因为黑洞并合是极其混乱的过程，往往会扰乱最终黑洞的自旋。

而GW231123的两个黑洞却有着非常高的自旋，它们以接近光速的速度拖拽周围的时空——拥有如此质量和自旋的两个黑洞几乎不可能自然形成。

因此，GW231123对传统的黑洞形成机制提出了挑战。

天文学家认为，一定存在其他机制来解释GW231123的情况。

磁场扮演关键角色

在新的研究中，研究人员对两个阶段进行了计算机模拟。

首先，他们模拟了一颗质量为太阳250倍的巨星，从氢燃烧开始一直到燃料耗尽并坍缩成超新星。

当到达超新星阶段时，这样的大质量恒星已经消耗掉大量燃料，质量下降到约150个太阳质量，刚好位于质量空隙之上，并足以形成黑洞。

第二组模拟则更为复杂，他们将磁场纳入了考量，研究了超新星爆发之后的演化。

过往的研究往往将磁场一笔带过，而这次的模型则是从超新星遗迹开始，这是一团掺杂着磁场的恒星物质云，其中心是新生黑洞。

过去天文学家通常假设，这团云中的全部物质最终会落入黑洞，使黑洞的最终质量与其母星接近。

但新的模拟结果显示，情况并非如此。

如果黑洞是由一颗不旋转的恒星坍缩形成的，那么剩余的物质云的确会迅速落入黑洞；

但如果这颗恒星原本自转得很快，那么这团物质就会形成一个旋转的吸积盘，导致黑洞随着吸积而转得越来越快。

而此时，如果还有磁场存在，那么它们会对这一吸积盘施加压力，这种压力足以把部分物质以接近光速喷射出去。

这些外向流最终会减少盘中能够落入黑洞的物质量。

磁场越强，这一效应越明显——在磁场极强的情况下，多达一半的母星质量都可能被喷出物抛射出去。

而在GW231123的模拟中，这种磁场刚好能使最终形成的黑洞质量正好处于质量空隙范围之中。

有待进一步验证

这些结果暗示着，黑洞的质量与其自旋速度之间可能存在联系。

强磁场会减缓黑洞自旋，并带走部分恒星质量，从而形成更轻、转得更慢的黑洞；

而弱磁场则会使黑洞更重、且自旋更快。

这意味着黑洞可能遵循某种“质量-自旋模式”。

尽管目前尚无其他系统可用来直接检验这一联系，但研究人员希望未来的观测能够找到类似系统，以便验证这一推测。

模拟还显示，这类黑洞的形成会产生伽马射线暴，可能具有可观测性。

寻找这些伽马射线特征将有助于验证所提出的形成机制，并揭示此类大质量黑洞在宇宙中究竟有多常见。

最终，如果这一联系得到证实，将帮助天文学家更深入地理解黑洞的基本物理。

#参考来源：

https://www.simonsfoundation.org/2025/11/10/mysterious-impossible-merger-of-two-massive-black-holes-explained/

https://doi.org/10.3847/2041-8213/ae0d81

#图片来源：

封面图&首图：Ore Gottlieb/Simons Foundation

天文学家重建星系演化史

## 艺术家构想图展示了巨型螺旋星系NGC1365与一个较小伴星系发生碰撞并逐渐并合的过程，这一过程激发了剧烈的恒星形成活动，并导致气体及重元素的重新分布。

天文学家运用一种新型空间考古学技术，通过分析星系气体中的化学特征，重建了NGC1365在漫长宇宙历史中的演化历程。

图片来源：MelissaWeiss／哈佛史密松天体物理中心 通过分析遥远星系的化学指纹，天文学家重建了其长达120亿年的演化历程。

这一新方法有助于揭示星系——包括银河系在内——在宇宙时间尺度上是如何形成的。

由哈佛史密松天体物理中心领衔的一支天文学家团队，首次将星系考古学方法应用于银河系以外的星系，以揭示其演化历史。

该方法通过分析空间中遗留的化学特征，重建星系的形成与演化过程。

这项研究成果发表于《自然天文学》杂志，提出了一种强大的新方法，用于重建遥远星系的演化历史。

该研究还有助于确立一个名为星系考古学的新兴研究领域。

这是我们首次在银河系以外的星系中，以如此精细的程度应用化学考古学方法。

论文第一作者、哈佛大学教授兼天体物理学中心主任丽莎凯利说，我们希望理解自身起源：银河系是如何形成的？我们今天呼吸的氧气又是如何产生的？ 利用化学指纹绘制星系地图 为开展此项研究，研究人员使用了TYPHOON巡天项目的数据，这些数据由拉斯坎帕纳斯天文台的伊雷内杜邦望远镜采集。

他们聚焦于NGC1365——一个从地球视角看呈正面朝向的邻近旋涡星系，这种朝向使其细节更易于观测。

这使得研究团队能够分离并分析其中正在形成新恒星的各个区域。

年轻的炽热恒星发出强烈的紫外光，激发周围气体。

这一过程使氧等元素产生特征性的窄谱线。

通过分析这些光谱模式，科学家能够研究元素在星系中的分布情况。

天文学家长期以来一直知道，星系中心往往含有更高浓度的氧等重元素，而外围区域则较少。

这些分布模式受到多种过程的影响，包括恒星形成和超新星爆发的时间与位置、气体在星系内外的流动，以及与其他星系过去的相互作用。

螺旋星系NGC1365的六幅视图，源自其光谱测光数据立方体，该数据立方体由TYPHOON巡天项目获取。

最左侧为宽带图像，通过平衡B（蓝）、V（可见光）和R（红）波段的连续谱图像，近似呈现人眼所见的星系外观。

其右侧为窄带图像，从TYPHOON数据立方体中提取，中心波长对准电离氢的Hα谱线。

单个HII区清晰可见，这些区域由炽热、高光度的O型与B型恒星提供能量，勾勒出两条宏伟的旋臂结构。

接下来的三幅图像为分别以其他诊断性发射线（氮、硫以及三种诊断线的合成图像）为中心的数据切片。

最后一幅图展示了NGC1365经颜色编码的视向速度场。

致谢：B.Madore，卡内基科学研究所天文台 重建120亿年的星系演化历程 通过追踪NGC1365中氧含量的空间分布变化，并将观测结果与Illustris项目提供的先进数值模拟进行比对，研究团队得以重建该星系数十亿年来的演化历程。

这些模拟涵盖了气体运动、恒星形成、黑洞活动以及化学成分演化等关键物理过程，时间跨度从宇宙早期延续至今。

他们的分析表明，该星系的中心区域形成较早，并迅速富集了氧元素。

相比之下，外围区域则通过数十亿年间与多个矮星系的反复碰撞逐渐演化而成。

外侧的旋臂似乎形成时间较晚，很可能是由这些并合事件带来的气体和恒星逐步构建起来的。

看到我们的模拟结果与另一个星系的数据如此接近，非常令人兴奋，哈佛大学天体物理学家、哈佛史密松天体物理中心的天文学家拉尔斯赫尼格说。

这项研究显示，我们在计算机上模拟的天文学过程正在数十亿年间塑造着像NGC1365这样的星系。

一种理解星系的新工具 总体而言，研究结果表明NGC1365最初是一个相对较小的系统，随后通过多次与较小邻近星系的并合，逐渐演化成一个巨大的旋涡星系。

凯利表示，这项工作展示了星系气体中的化学特征如何揭示其过往历史，从而确立了河外星系考古学作为天文学中一种有价值的新工具。

这项研究很好地展示了理论如何直接助力观测工作。

我认为，这项研究还将影响理论研究者与观测研究者之间的协作方式，因为该项目中理论研究与观测工作各占一半，二者缺一不可。

唯有理论与观测紧密结合，才能得出这些结论。

这对银河系意味着什么 研究NGC1365等与银河系具有相似特征的星系，有助于科学家更深入地理解银河系的起源，并判断其演化历史在宇宙中是否具有代表性或属于特例。

所有旋涡星系都是以相似的方式形成的吗？凯利问道，它们的形成过程是否存在差异？它们现在的氧元素分布在哪里？我们的银河系在哪些方面有所不同，或者是否具有独特之处？这些问题正是我们想要解答的。

BY: Smithsonian FY: AI 如有相关内容侵权，请在作品发布后联系作者删除 转载还请取得授权，并注意保持完整性和注明出处

2026国际基础科学大会将于8月在怀柔科学城举行

2026国际基础科学大会（ICBS2026）将于今年8月9日至21日在北京怀柔科学城举行。

这场基础科学领域的国际顶级学术盛会，以“聚焦基础科学，引领人类未来”为主题，汇聚全球尖端基础科学力量，搭建高水平学术交流平台，与公众共享前沿科学知识，再次谱写智慧交锋、脑力激荡的科学夏天。

2025国际基础科学大会现场 截至目前，已有近20位世界顶级科学家确认出席并作大会报告，其中包括诺贝尔奖、菲尔兹奖、图灵奖、沃尔夫奖、麦克阿瑟奖得主及美国国家科学院、英国皇家学会院士、中国科学院院士等。

预计，近千名来自国内外学术组织、高校与科研机构的专家学者和学生将参与此次盛会。

会议聚焦数学、物理、工程等基础科学领域的前沿问题，旨在促进各个领域协同发展，推动理论研究与应用技术创新的贯通衔接。

本届大会将首次颁发“基础科学奖章”（ICBS Medal），以表彰全球范围内在基础科学领域取得革命性、突破性成果的科学家，表彰他们对科学进步作出的卓越贡献。

奖项覆盖数学、物理、工程三大领域，分别以9位科学巨匠命名。

数学领域设埃米·诺特、陈省身、安德鲁·怀尔斯数学奖章；

物理领域设丁肇中、大卫·格罗斯、玛丽·居里物理奖章；

工程领域设朱棣文、高锟、吴健雄工程奖章，命名均已获得科学家及其亲属的支持。

值得关注的是，各领域均设置了一项以著名女性科学家命名的奖项。

大会主席丘成桐介绍，“以著名女性科学家命名基础科学奖章，体现了科学界对于女性科研工作者为推动科学发展作出卓越贡献的尊重；

每个领域预计至少一位女性科学家将获得表彰。

” 此外，大会还将颁发前沿科学奖，聚焦基础科学三大领域40个分支，预计评选120余篇原创性优秀论文，表彰过去五至十年间在国际前沿学术期刊发表的高水平原创性成果。

同时，为助力青年科研人才的成长，数学领域还将评选出10篇优秀本科生论文，获奖学生将在会议期间作报告，与顶尖科学家面对面交流。

大会为期13天，预计举办20余场基础科学报告和400余场前沿科学奖获奖者报告，同步设立前沿科学奖获奖者学术成果海报展，覆盖基础科学各分支及交叉学科前沿，全面展示世界范围内近期具有重要影响的学术成果。

一系列特色活动也将同步开展：“数学之夜” “物理之夜”“工程之夜”三场高端学术沙龙，将邀请诺贝尔奖级别科学家分享科研历程与学术洞见；

多场高端跨界论坛，将汇聚知名企业家与顶尖学者，围绕基础科学与产业融合展开深入对话，助力科研成果转化；

“清华日”特别活动中，多位中外顶尖科学家将走进清华大学，与青年学子分享科研真知、传递科学力量；

“科学家面对面”青少年专场活动，将邀请全国优秀高中生、本科生、研究生代表，与顶尖科学家共同探讨科学前沿问题，点燃科学梦想。

大会开幕式、颁奖典礼及欢迎晚宴将在北京雁栖湖国际会展中心举行，学术报告等主要活动则在北京雁栖湖应用数学研究院展开。

目前，大会各项筹备工作正在有序推进。

北京雁栖湖应用数学研究院 北京雁栖湖国际会展中心 国际基础科学大会由丘成桐院士于2023年发起设立，已成功举办三届。

2026国际基础科学大会的举办，是落实习近平总书记关于“加强基础研究是实现高水平科技自立自强的迫切要求”重要论述的具体行动。

大会坚持开放、包容、合作、共赢理念，通过高水平的国际对话，助力北京打造具有全球影响力的科技创新高地，为推动世界科技进步，构建人类命运共同体贡献中国智慧。

来源：北京怀柔