一次詭異的天體合併事件。

一次詭異的天體合併事件。Nicolás Sanchis-Gual / Rocío García Souto

引力波是時空的漣漪。目前能夠探測到的引力波訊號都是很強的，都是由宇宙中的極端事件引起。已知的所有引力波訊號都被認為是黑洞或中子星合併觸發的。但是該科研團隊認為，引力波訊號不但可由已經觀測過和理論上已經有可靠預言的天體事件引起，還可由那些人們從未見過甚至從未料想過的天體事件引起。引力波訊號可以向我們透露許多宇宙之謎——比如暗物質的真相。而這類神秘事件觸發的引力波訊號，我們可能已經探測到了。

編號為GW190521的引力波訊號是LIGO和Virgo在2019年探測到的，確認後的公佈時間則是在2020年9月。根據相關資料，這個訊號被認為是由兩個質量分別為太陽85倍和66倍的黑洞合併觸發的，估算結果表明合併後產生的黑洞質量大約為太陽的142倍。新產生的黑洞屬於一個新的黑洞族群：中等質量黑洞。這一發現被認為意義重大，因為它彌補了恆星級黑洞和超大質量黑洞之間缺失的一環。主流的理論認為星系中心的超大質量黑洞，是透過一步步的合併，由恆星坍縮產生的小型恆星級黑洞演化而來的——但是天文學家卻一直沒有觀測到質量處於這二者之間的中等質量黑洞。

但是這兩個合併的黑洞本身卻十分奇怪——較大的那個黑洞質量達到了太陽的85倍，超過了恆星坍縮所能形成黑洞的質量上限。

為了解釋這種不合理，該科研團隊認為，這次引力波事件可能不是黑洞合併引起的。觸發此次引力波事件的，是兩個人們從未見過的天體。這種天體叫“玻色星”。

玻色星一直以來都僅存在於理論上，它被認為是暗物質的候選者。玻色星是由超輕玻色子構成的，而超輕玻色子的質量只有電子的數十億分之一。

研究人員發現，用玻色星合併模型對GW190521引力波事件進行模擬的結果，要比LIGO和Virgo團隊用黑洞模型進行的模擬好。模擬結果也表明合併源的特徵和早先的判定結果有不同之處。

研究人員表示，如果說發生合併的不是黑洞，那麼就不存在質量突破理論上限的問題；而由於玻色星的合併過程要比黑洞弱得多，合併源的間距也應該也比LIGO和Virgo估計的要近。兩個玻色星最合併形成的是一個質量大約為太陽250倍的黑洞。這是一個貨真價實的黑洞，所以說我們目擊了一箇中等質量黑洞的誕生也沒錯。

研究人員解釋說，玻色星和黑洞一樣屬於緻密天體，但是沒有視界。玻色星合併後形成的新玻色星會變得不穩定，最終也會坍縮成黑洞，並觸發LIGO和Virgo能夠感知到的引力波訊號。構成玻色星的超輕玻色子不是普通物質，而是“暗物質”。超輕玻色子是暗物質候選粒子中，奪標呼聲甚高的一種。

科研團隊發現儘管分析傾向於黑洞合併假說，但是資料實際上更像是玻色星合併——雖然後者無法證明。在資料上，兩者幾乎無法分辨。玻色星模型現在還非常有限，需要提升。提升之後則可能會為我們提供更多的證據，也可以讓學者以玻色星合併為假定前提，複核此前探測到的一系列引力波訊號。

該研究的意義不僅在於提到了玻色星，還在於構成這些玻色星的是超輕玻色子。如果玻色星確實存在，那麼科學家將有機會測量這些假想暗物質粒子的質量，進而提升理論的可信度。如果這一系列的“如果”都能被確認，那麼就意味著這些科學家發現了人類歷史上首個針對某個特定暗物質理論候選者的觀測證據。

參考GW190521 as a merger of Proca stars: a potential new vector boson of 8.7 × 10⁻¹³ eVhttps://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.126.081101