作者:康奈尔大学凯特·布莱克伍德
艺术家对进动的二元黑洞的构想
这些黑洞最终会一起螺旋形成一个更大的黑洞，如图所示，它们在一个平面内相互环绕
黑洞以不对齐的方式旋转，这意味着它们相对于这对黑洞的整体轨道运动是倾斜的
这使得轨道像陀螺一样沿着倾斜的轴旋转
学分:LIGO/加州理工学院/麻省理工学院/索诺马州立大学(奥拉·西蒙尼特) 康奈尔大学的研究从引力波数据中发现了双星黑洞中自旋轨道共振的第一个潜在迹象，这是朝着理解超新星机制和天体物理学中其他重大问题迈出的一步
天体物理学家维贾伊·瓦尔马说:“这些共振现象是十多年前利用爱因斯坦的广义相对论预测出来的。”
瓦尔马曾是克拉曼艺术与科学学院(A&S)的博士后研究员，他分析了激光干涉仪引力波观测站(LIGO)和处女座引力波探测器探测到的引力波，以便了解更多关于双星黑洞的信息
“我们在LIGO和处女座的引力波数据中发现了共振的第一个‘暗示’
" 瓦尔马说，黑洞旋转的速度揭示了它的许多历史:对于以交互对排列的黑洞，称为双星，每个黑洞的旋转方向也是启示性的，尤其是相对于彼此而言
在1月19日发表在《物理评论快报》上的“二进制黑洞群中自旋轨道共振的暗示”中，瓦尔马和合作者报告说，当两个黑洞的自旋被投射到轨道平面上时，它们倾向于彼此反平行，这可能是自旋轨道共振的标志
瓦尔马说，需要更多的观察来证实这些趋势
瓦尔马在担任克拉曼研究员期间进行了大量研究；他现在是马克斯·普朗克引力物理研究所的玛丽·居里研究员
这项工作的合作者包括麻省理工学院的西利瓦·比斯科瓦努、马克西米利安·伊西和萨尔瓦托勒·维塔莱，以及弗拉铁研究所的威尔·法尔
“共振效应在物理系统中普遍存在
当一个系统中的两个过程以特别相关的频率出现时，它们就会出现
贝瑟物理学教授(A&S)，瓦尔马在康乃尔大学的导师
“在Vijay正在研究的黑洞系统中，共振被预测发生在黑洞的自旋运动和它们的轨道运动之间，并在产生的引力波上留下印记
这项工作表明，如果我们巧妙地分析数据，我们比我们想象的更接近测试广义相对论的这一预测
" 瓦尔马说，黑洞通常是旋转的，因为它们是由会自我旋转的垂死恒星形成的
当两个这样的黑洞以双星的形式相互环绕时，它们的自旋与轨道相互作用
瓦尔马说，双星黑洞因引力波而失去能量，导致黑洞相互靠近并最终合并
一些双星黑洞的自旋沿着轨道角动量排列或相反排列，导致在固定平面上“平淡无奇”的合并
但是其他双星黑洞的自旋相对于轨道角动量倾斜，引发了一种复杂的相互作用，称为进动
瓦尔马说:“当自旋相对于轨道角动量倾斜时，轨道像陀螺一样沿着倾斜的轴旋转。”
瓦尔马说，自旋轨道共振可能发生在进动的双星中，但这取决于超新星机制的性质，超新星机制是由恒星祖先产生黑洞的
如果超新星的发射在所有方向都不是对称的，黑洞在诞生时会获得一个反冲速度，这类似于发射的枪的反冲
瓦尔马说:“如果超新星反冲足够大，双星可能会以自旋轨道共振告终。”
“这些是特殊的构型，其中轨道平面上的自旋方向不是平行就是反平行
" 人们认为LIGO和处女座的引力波探测器不够灵敏，无法探测到自旋轨道共振的证据
然而，瓦尔马和合作者应用了两个数据收集黑客来检测这些第一次提示
首先，瓦尔马应用了基于黑洞模拟的计算机建模
Teukolsky在2020年的一次采访中说:“Vijay是开发所谓‘代理模型’的世界专家。”
瓦尔马说，“这些模型从数值模拟中准确地捕捉到了自旋的影响
它们允许我们从引力波观测中提取尽可能多的信息
" 其次，研究人员学会了在黑洞合并前测量自旋，而不是在合并前测量许多轨道的标准做法
这种晚期自旋测量方法是1月19日发表在《物理评论D》上的一篇配套论文“测量双星黑洞轨道平面自旋取向”的主题
瓦尔马说:“我们正在开始探测自旋轨道共振，在下一代探测器于21世纪30年代到来之前，我们最初认为这是不可能的。”
“我们的希望是，通过研究这些自旋轨道共振，我们可以更多地了解超新星的机制，这一直是一个持久的谜
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