英国卡迪夫大学科学家领导的国际团队的最新研究揭示，目前引力波探测到的宇宙中质量最大的黑洞，并非直接诞生于恒星的坍缩。这些宇宙“巨兽”，其实是在稠密的星团中，通过一系列反复而剧烈的碰撞，一步步合并形成的。相关研究论文发表于新一期《自然·天文学》杂志。
团队分析了LIGO-Virgo-KAGRA合作组织发布的引力波瞬态目录4.0版（GWTC-4），其中包含153个足够可靠的黑洞合并探测事件。团队想验证一个想法：GWTC-4中那些最重的黑洞，会不会是“第二代黑洞”？所谓第二代黑洞，是指早期黑洞合并后，其产物在星团致密的核心再次参与合并，从而形成的更大黑洞。在这样的星团里，恒星密度可比太阳附近高出上百万倍。
在引力波数据里，团队识别出了两种截然不同的黑洞：一种是契合普通恒星坍缩特征的低质量黑洞；另一种则是质量高得多的黑洞，它们的自旋特征，与密集星团中分层合并的预期结果完全吻合。
那些低质量黑洞通常转得较慢，而高质量黑洞旋转更快，且方向显得随机。这恰恰就是黑洞在密集星团中反复合并时，科学家所能期待看到的标志性特征。
这项研究还为黑洞“质量禁区”提供了迄今最有力的证据。所谓质量禁区，指的是超大质量恒星会以灾难性爆炸的方式终结一生，而不是静静坍缩成一个黑洞，即特定质量区间的黑洞几乎不可能由恒星死亡直接形成。
团队发现，一般45倍太阳质量以上的黑洞，很难用恒星直接塌缩形成来解释，如果这些黑洞已经历过密集星团的早期合并过程，则可以解释得通。
