多年來，天文學家一直假設黑洞合併事件均源自同一宇宙生產線，即大質量恆星崩塌形成黑洞，最終碰撞。但最新對引力波信號的分析顯示情況不同。研究人員透過檢視 LIGO-Virgo-KAGRA 合作組織的數據，提出黑洞合併實際分為三個獨特家族，每個家族由不同起源塑造。研究作者指出：「LIGO-Virgo-KAGRA 合作組織累積引力波目錄中，出現多個雙黑洞（BBH）亞群體的證據日益增加。
」此發現意義重大，因為黑洞不僅是恆星終點，更是記錄恆星生活、互動與死亡的檔案。若存在多條形成途徑，意味宇宙以多種方式建造黑洞，每種途徑在數據中留下可測痕跡。
數據中的隱藏模式
研究團隊分析第四個引力波目錄 GWTC-4，內含逾 150 宗確認黑洞合併事件。先前科學家難以用單一統一模型解釋這龐大數據集，主要挑戰在於觀測特性如質量與自轉不呈平滑分佈。若單一形成過程主導，分佈應漸進連續，但數據顯示明顯不規則。團隊檢視質量分佈，發現約 10 倍太陽質量及 35 倍太陽質量附近有強烈群聚；自轉行為在 20 倍及 40 倍太陽質量處亦有顯著變化，暗示不同物理過程介入。
為驗證，研究人員建構模擬，結合多個假設黑洞群體，調整質量、自轉對齊及合併頻率，直至模擬數據匹配真實觀測。最佳結果非單一群體，而是三個獨特群體混合。「我們顯示 BBH 探測樣本包含三個天體物理亞群體，可能由特定形成通道主導。」研究作者表示。 第一大群佔 79%，集中於 10 倍太陽質量，系統簡單有序，黑洞自轉緩慢且與軌道運動對齊，搖擺微弱，指向孤立雙星系統起源，即兩恆星同時誕生、並肩演化、交換質量，最終無干擾合併。
第二群佔 14.5%，位於 35 倍太陽質量，較混亂，黑洞質量相似但自轉僅部分對齊，搖擺增多，研究推測源自球狀星團等擁擠環境，引力遭遇配對或擾動黑洞。第三最小群佔 2.5%，高質量端，質量不均、自轉不規則，極可能為階層合併，即至少一黑洞為先前合併產物，即「回收」黑洞。 研究結果與孤立雙星演化、球狀星團動態形成及高世代 BBH 合併的相對豐度一致。研究刊登於 arXiv。
