双峰黑洞质量分布和双黑洞合并的啁啾质量

科学家用引力波望远镜探测到了一些双黑洞合并的事件。这些事件是由两个黑洞在空间中旋转并相互靠近，最终合并成一个更大的黑洞而产生的。当黑洞合并时，它们会发出一种特殊的声音，叫做啁啾。啁啾的频率和振幅会随着黑洞合并的过程而变化，从低到高，从小到大。啁啾的特征可以告诉我们一些关于黑洞的信息，比如它们的质量、自旋和距离。

但是，你知道吗？并不是所有的黑洞都是一样的。事实上，有一些证据表明，恒星质量的黑洞（也就是由死亡的恒星形成的黑洞）有两种不同的类型。一种是大约9倍太阳质量的黑洞，另一种是大约16倍太阳质量的黑洞。这两种类型之间有一个明显的缺口，很少有10到12倍太阳质量的黑洞存在。这就像是一个双峰山脉，有两个高峰和一个低谷。

那么，为什么会有这样的双峰分布呢？这跟恒星是如何演化和死亡的有关。恒星是由氢气组成的巨大球体，在它们内部发生核聚变反应，产生能量和辐射。当恒星耗尽了它们内部的氢气后，它们会开始燃烧更重的元素，比如氦、碳、氧等等。这些元素会在恒星内部形成不同层次的壳层，就像一个洋葱一样。

但是，并不是所有的恒星都是孤独地生活和死亡的。有些恒星会和其他恒星形成双星系统，相互围绕着公共质心旋转。当其中一个恒星膨胀到足够大时，它会把它外层的气体转移给另一个恒星。这样，原来较大的恒星就会失去它外层的氢气包层，变成一个裸露的核心。我们称之为二元剥离星。

二元剥离星在死亡前会经历一些特殊的过程，影响它们最终形成黑洞时候所具有质量，其中一个重要因素是中微子。当二元剥离星燃烧碳和氖时，中微子会带走很多能量，导致核心温度降低，压力减小。这样，核心就会变得更加致密，更难以爆炸。因此，二元剥离星很可能会在死亡时候直接塌缩成黑洞，而不是经历一次剧烈的超新星爆发。

这就是为什么二元剥离星会形成两种不同类型的黑洞的原因。当二元剥离星燃烧碳时，它们会形成大约9倍太阳质量的黑洞。当二元剥离星燃烧氖时，它们会形成大约16倍太阳质量的黑洞。在这两种情况下，中微子都会阻碍核心爆炸，导致黑洞形成。而在10到12倍太阳质量之间，核心的结构和温度不够适合形成黑洞，所以这里就有一个缺口。

那么，这些双峰分布的黑洞会怎样合并呢？当两个黑洞合并时，它们的啁啾质量是一个很重要的参数。啁啾质量是由两个黑洞的质量和自旋决定的一个组合量，它可以影响啁啾的频率和振幅。如果我们知道了啁啾质量，我们就可以估计出两个黑洞的质量和距离。

由于二元剥离星形成的黑洞有两种不同类型，它们的啁啾质量也会有两个高峰和一个低谷。大约9倍太阳质量的黑洞合并时，它们的啁啾质量大约是8倍太阳质量。大约16倍太阳质量的黑洞合并时，它们的啁啾质量大约是14倍太阳质量。而在10到12倍太阳质量之间，很少有黑洞合并，所以这里的啁啾质量也很少。

这些特征在引力波望远镜探测到的双黑洞合并事件中已经有所体现。从目前已经公布的数据来看，我们可以看到啁啾质量分布有一个缺口和两个高峰。这些特征与我们对二元剥离星形成的黑洞的理论预测是一致的。

这些发现对于我们理解恒星演化和死亡、超新星爆发和黑洞形成都有重要意义。它们也为我们提供了一种新的方法来测量宇宙的膨胀速度。如果我们能够更精确地测量双黑洞合并事件的距离和红移，我们就可以用它们作为标准声源，来推算出哈勃常数。