引力波数据佐证黑洞质量空隙 证实对-不稳定超新星理论

一个由澳大利亚莫纳什大学研究人员牵头的国际团队，通过分析引力波探测到的黑洞并合质量，为“对-不稳定超新星”（Pair-Instability Supernovae, PISNe）的存在提供了强有力的新证据。这项研究的成果于2026年4月1日刊登在《自然》（Nature）期刊上，它证实了理论物理学界长期以来关于黑洞质量“禁区”的预测，即该质量范围内的黑洞不太可能直接由单个大质量恒星坍缩形成。

该发现的核心在于引力波信号揭示了并合黑洞质量分布中存在一个明显的空缺，特别是在较小质量的黑洞成分上。关键数据显示，质量超过太阳45倍的黑洞相对稀少，理论推断是由于它们的母恒星在生命终结时发生了剧烈的对-不稳定超新星爆发，这种爆发会彻底摧毁恒星，不留下任何致密天体残骸。这一结果有助于解决天文学界长期关注的一个难题：宇宙中质量最大的恒星究竟是以何种方式终结其生命的。

参与研究的学者包括莫纳什大学的佟辉（Hui Tong，OzGrav成员）、多伦多大学的Maya Fishbach教授以及OzGrav首席研究员Eric Thrane教授。佟辉的分析指出，观测到的数据表明禁区内不存在恒星起源的黑洞，因为其前身恒星经历了对-不稳定超新星爆发。Fishbach教授总结认为，这些发现间接证实了对-不稳定超新星的存在，并确立了黑洞是通过多次并合事件逐步增长的机制。

对-不稳定超新星的理论预测最早由Fred Hoyle和William Fowler在1964年提出。其物理机制在于超大质量恒星核心温度极高，导致光子产生电子-正电子对，暂时削弱了支撑恒星抵抗引力坍缩的内部辐射压力。当恒星质量介于约130至250个太阳质量之间且金属丰度较低时，这种压力骤降会引发失控的热核爆炸，将恒星物质完全抛射，不留中子星或黑洞残骸。

LIGO-Virgo-KAGRA（LVK）引力波观测网络的数据分析为验证这一理论提供了工具，使科学家能够探测到遥远宇宙中黑洞合并产生的“涟漪”。此前，天文学家已观察到约50至130个太阳质量的黑洞质量谱“禁区”。此次研究的独特之处在于，它通过黑洞的质量分布，间接锁定了导致恒星完全湮灭的PISNe事件，而非直接观测到PISNe本身。LIGO（美国）、Virgo（欧洲）和KAGRA（日本）的联合观测能力确保了信号的可靠性，科学家得以利用黑洞的观测来反推极端恒星的死亡方式。

研究还间接支持了黑洞通过“分层并合”的方式来填充理论上的质量空隙，而非直接由恒星坍缩形成。