GW150914 双黑洞并合的天体物理意义

Advanced LIGO 探测器对引力波源 GW150914 的探测，为宇宙中双黑洞系统在寿命期内发生旋近并合提供了首个观测证据。这类黑洞并合主要在两种形成模型中被预言，涉及星系场中的孤立双星或年轻与年老致密恒星环境中的动力学相互作用。测量得到的黑洞质量可靠地表明自然界中可以形成相对"重"的黑洞（$\gtrsim 25\, M_\odot$）。这一发现意味着恒星风相对较弱，因此 GW150914 形成于金属丰度低于太阳值约 $1/2$ 的环境中。由 GW150914 观测推断的双黑洞并合率与两种形成模型的预测高端一致（$\gtrsim 1 \, \mathrm{Gpc}^{-3} \, \mathrm{yr}^{-1}$）。GW150914 的低测量红移（$z \sim 0.1$）以及低推断的恒星前身金属丰度意味着：要么双黑洞在本地宇宙的低质量星系中形成并迅速并合，要么在高红移处形成但在形成与并合之间存在数 Gyr 的时间延迟。这一发现激发了对双黑洞形成天体物理学的进一步研究。它也对 Advanced LIGO、Advanced Virgo 以及空间引力波探测器的未来探测和研究具有启示意义。