宇宙中的双黑洞系统已足够令人惊叹，但中国科学院上海天文台科研人员最新发现，这些双黑洞可能并非"孤独行者"，其背后还可能隐藏着更为神秘的"大佬"！近日，中国科学院上海天文台韩文标研究员带领的科研团队在引力波天文学领域取得突破性进展，首次发现双黑洞并合事件可能发生在第三个致密天体附近。这一成果为揭开双黑洞的形成之谜提供了全新线索，相关成果于2025年8月1日发表在国际天文学学术期刊《天体物理杂志快报》（The Astrophysical Journal Letters）上。
图1 LIGO-Virgo-KAGRA引力波合作组织公布的引力波事件
2015年人类首次探测到引力波以来，LIGO-Virgo-KAGRA合作组织已探测了超过 100 次引力波事件，其中绝大多数来自双黑洞并合。这些事件为人类理解双黑洞并合的物理过程提供了关键数据，但目前学术界对双黑洞如何形成、如何演化的机制还不确定。
论文通讯作者，上海天文台引力波团组负责人韩文标研究员介绍道：“2018年，我和合作者首次提出了b-EMRI，就是由一个超大质量黑洞抓住一对双黑洞，形成一个“三人组”[1]。双黑洞在超大质量黑洞附近“跳舞”，进而辐射多频段的引力波。该系统在国际上被LISA计划写入白皮书、也被中国空间引力波探测计划列为独特波源。”从那时起，该科研团队就开始从LIGO-Virgo引力波数据中寻找双黑洞在超大质量黑洞附近并合的证据。
图2 双黑洞在超大质量黑洞附近并合
经过分析，团队把目标瞄准了引力波事件GW190814。论文第一作者杨舒程博士介绍道：“GW190814里的两个黑洞挺不一般，其质量大小差了快10倍。这么悬殊的组合可能是它们曾和一个超大质量黑洞组成"三人组"，在彼此的引力拉扯下越靠越近；也有人认为它们诞生在活动星系核的吸积盘里，被周围其他致密天体的引力推搡着慢慢靠近，最终并合[2，3]。”
研究团队注意到，若双黑洞在第三个致密天体附近并合，其绕第三个天体的轨道运动会产生视向加速度—— 即沿观测者视线方向的加速度。这种加速度会通过多普勒效应改变引力波的频率，在信号中留下独特“印记”。为捕捉这一信号，团队构建了一种包含视向加速度的引力波波形模板，通过贝叶斯推断方法，对多个高信噪比双黑洞事件进行了分析。结果显示，对于GW190814 事件，包含视向加速度的模型显著优于传统的 “孤立双黑洞” 模型。该事件视向加速度约为 0.002c s-1（90% 置信水平，c为光速），贝叶斯因子（衡量模型可信度的指标）达到 58:1，表明数据强烈支持“存在视向加速度”的结论。
图3GW190814的参数估计结果，包括两个黑洞的质量m1与m2、光度距离dL、视向加速度a，幂指数nI等。图中的虚线标识了中位值以及90%置信区间。轮廓图展示了50%和90%的置信范围。
“这是国际上首次在双黑洞并合事件中发现第三致密天体存在的明确迹象。”韩文标研究员表示，“这一发现意味着GW190814的双黑洞可能并非孤立形成，而是处于一个更复杂的引力系统中，在揭示双黑洞形成通道方面具有重要价值。”
随着下一代地面引力波探测器（如爱因斯坦望远镜、宇宙探索者）和空间探测器（如 LISA、太极、天琴）投入使用，人类将能更精确地捕捉引力波信号中的细微变化。未来可能会发现更多类似GW190814 的事件，帮助人类理解双黑洞的形成演化机制。
论文链接：https://iopscience.iop.org/article/10.3847/2041-8213/adeaad
扩展阅读：
[1]Chen,X. & Han,W.-B. Extreme-mass-ratio inspirals produced by tidal capture of binary black holes. Communications Physics 1–7 (2018)
[2] Tagawa,H.,Haiman,Z. & Kocsis,B. Formation and Evolution of Compact-object Binaries in AGN Disks. ApJ898,25 (2020).
[3] Samsing,J. et al. AGN as potential factories for eccentric black hole mergers. Nature Publishing Group603,237–240 (2022).
科学联系人：
韩文标，中国科学院上海天文台，wbhan@shao.ac.cn
