2023年，天文学家发现一场戏剧性宇宙事件，离地球约70亿光年处有2个异常巨大黑洞相撞，其尺寸、转速理论上都不应存在。现在一系列详细模拟解开谜团，关键在于强大磁场可能催生出质量异常的黑洞并影响其自转。
LIGO-Virgo-KAGRA重力波合作计划曾于2023年探测到最大双黑洞整合重力波事件GW231123，2个质量分别为太阳137、103倍的黑洞碰撞结合成太阳质量225倍的新黑洞，起初，科学家们无法理解如此重且快速旋转的黑洞如何形成。
一般来说，大质量恒星经历超新星爆炸后可能留下黑洞，但质量介于太阳130～250倍的更大恒星，生命末期应该经历更剧烈的生对不稳定超新星（pair-instability supernova）爆炸，会完全摧毁恒星不留任何残骸，包括黑洞。
也因此，天文学家预计一个黑洞的初始质量不可能落在太阳质量70～140倍。
虽然另一种可能性指出2个较小黑洞整合，可能形成出现在上述质量空隙的黑洞，但这项假设不适用GW231123事件，因为黑洞整合是高破坏性事件，通常会扰乱黑洞旋转，然而GW231123事件的黑洞旋转速度比LIGO此前测量任何黑洞都还快，依靠典型整合形成如此巨大、快速旋转的黑洞可能性极低，表明黑洞一定由其他过程形成。
美国熨斗研究所计算天文物理中心（CCA）天体物理学家Ore Gottlieb团队为此进行2种模拟，第一种先模拟质量为太阳250倍的巨星生命演化，当巨星进入超新星阶段，它已烧掉大量燃料并缩小至太阳质量150倍，略高于质量空隙但有机会留下黑洞。
第二种模拟则考虑磁场因素，以往天文学家假设充满磁场的超新星残骸（物质云）全部质量都都会落入新生黑洞，但新模拟显现不同细节。
研究人员解释，如果最初的恒星已快速旋转，那么爆炸残余物质云会在新生黑洞周围形成旋转盘，并于坠入过程导致黑洞旋转得越来越快；磁场还会对物质盘施加压力，以接近光速使物质从黑洞喷出来，最终减少流入黑洞物质数量，若磁场极端强大，则一半恒星原始质量都不会落入黑洞，最终促成介于质量空隙的黑洞形成。
磁场改变结局分析结果表明黑洞质量、自旋速度与磁场息息相关，强磁场能减慢黑洞速度并带走部分恒星质量，从而产生更轻、旋转更慢黑洞，弱磁场则可能导致黑洞变重且旋转加快。
模拟还指出此类型黑洞形成会产生可观测的伽马射线爆发，寻找伽马射线特征将有助确认模拟形成过程。若磁场与黑洞尺寸、旋转速度的关系得到证实，将帮助天文学家更理解黑洞基本物理。
新论文发表在《天文物理期刊通信》（The Astrophysical Journal Letters）。
（首图来源：AI生成）
