2019年3月，LIGO和Virgo引力波天文臺探測到兩個黑洞的合併。這兩個黑洞的質量一個相當於85個太陽，另一個相當於66個太陽。這次事件稱為GW190521，它是我們目前探測到的最大的一次黑洞合併。這兩個黑洞合併成為一個相當於142個太陽質量的黑洞，併成為用引力波探測到的第一個中等質量黑洞。然而，這次事件也引發了許多問題。

其中最大的疑問是最初這兩個黑洞的質量。基於恆星模型，可以形成黑洞的坍縮的恆星的質量不會大於65個太陽。可能這兩個黑洞中較小的那一個還勉強符合標準，但較大的那一個黑洞的質量肯定超出了恆星模型模擬出的結果範圍。那麼，相當於85個太陽質量的黑洞是怎麼形成的呢？

一種觀點是它是由較小的合併所形成的。如果有一個包含4到6個黑洞的封閉系統，隨著時間的推移，他們可能會合並形成單顆大黑洞。但是這個黑洞團簇也必須使這個質量為66個太陽的黑洞進入軌道，以製造這個GW190521合併。有證據表明黑洞團簇有可能存在，但是並不清楚他們是否能夠合併得足夠快以解釋GW190521的形成。因此最近有一個團隊提出了另一種方案，他們提出GW190521不是兩個黑洞的合併，而是兩顆玻色星的合併。

觀察到的合併事件GW190521。資料來源：R.Abbott等人（LIGO科學合作和Virgo合作）普羅卡星（Proca star），或者有時被稱為玻色星，是一個類似於白矮星或中子星的假想天體。物質的組成部分有兩種形式：費米子，如電子和夸克；玻色子，如膠子和希格斯。費米子抵抗佔據相同的量子態。當引力試圖把費米子擠在一起時，它們會透過所謂的簡併壓力推回，這種壓力使白矮星和中子星不會在它們的重力作用下崩潰。

玻色子佔據相同的量子態沒有問題。事實上，如果你超冷玻色子，它們可以形成一個被稱為玻色愛因斯坦凝聚體的量子物體。正因為如此，你可能認為引力將大量的玻色子坍縮成黑洞是沒有問題的。但事實證明，在強引力場中，密度極高的玻色子的行為出乎意料。物理學是相當複雜的，但最終的結果是玻色子恆星將達到一個像白矮星和中子星那樣的引力對峙。假設，玻色子星可能是引力穩定的，就像白矮星和中子星一樣，甚至比他們更穩定。簡併壓力是有限制的，也就是說，白矮星不能大於1.4個太陽質量，中子星可以大於2-3個太陽質量。如果條件合適，玻色子恆星的質量很容易達到85個太陽或更多。

如果透過EHT看到一顆玻色星就是這樣的。資料來源：奧利瓦雷斯（Olivares）等。玻色子物質不能成為普羅卡星（Proca star），但暗物質的某些理論提出了新的玻色子種類。如果暗物質是由低質量玻色子組成的，它們就可以形成與黑洞大小和質量相似的物體。因為它們有很強的磁場（不像黑洞），所以我們可以透過它們周圍的光透鏡來區分玻色星和黑洞。或者，正如這項最新研究所提出的，我們也許能夠透過它們的引力波探測到它們。

當研究小組檢視GW190521事件的資料時，他們發現這與黑洞合併和普羅卡星（Proca star）合併是一致的。這兩個模型的資料相當吻合。由於普羅卡星的性質取決於組成它的玻色子的質量，他們使用GW190521資料來測量玻色子的質量。他們得到的答案非常微小。大約是估計中微子質量的萬億分之一。

這些都不能證明普羅卡星的存在。我們所觀察到的所有引力波事件都可以用黑洞合併來解釋。但這項研究為我們提供了有趣的想法。一種新的輕玻色子粒子可以幫助我們解釋暗物質，這些暗物質粒子可以形成玻色星。這是個奇怪的想法，但我們還不能排除。

相關知識

引力波是時空曲率中的擾動，由加速質量產生，以光速從源頭向外傳播。1905年亨利•龐加萊[1]提出了引力波，隨後阿爾伯特•愛因斯坦（Albert Einstein）在其廣義相對論的基礎上於1916年[2][3]預言了引力波，引力波以引力輻射的形式傳輸能量，這種輻射能的形式類似於電磁輻射。[6]作為經典力學的一部分，牛頓萬有引力定律下並沒有引力波存在的依據，因為這一定律是建立在物理相互作用瞬間（以無限速度）傳播的假設之上的——這表明經典物理學的方法無法解釋與相對論有關的現象。

引力波存在的第一個間接證據來自觀測到的Hulse–Taylor二元脈衝星的軌道衰變，這與廣義相對論預測的由於引力輻射而失去能量的衰變相吻合。1993年，Russell A.Hulse和Joseph Hooton Taylor Jr.因這一發現獲得諾貝爾物理學獎。直到2015年，利文斯頓和漢福德的LIGO引力波探測器接收到兩個黑洞合併產生的訊號，才首次對引力波進行了直接觀測。2017年諾貝爾物理學獎隨後頒給雷納·韋斯、基普·索恩和巴里·巴里什，表彰他們在直接探測引力波方面所發揮的作用。

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