通过引力波探测到的最大恒星质量黑洞可能并非源于单一恒星坍缩。

一项新分析表明，其中许多黑洞很可能是逐步构建而成的，通过极端致密恒星环境（如球状星团）内的反复合并。

这些地方的恒星和黑洞比太阳邻域拥挤得多，这使得近距离遭遇和黑洞碰撞的可能性大大增加。

该研究考察了第四版LIGO–Virgo–KAGRA引力波目录中的153次黑洞合并探测。关键结果是，这些黑洞似乎并不都属于单一简单种群。低质量黑洞往往具有相对较小且更有序的自旋，这与它们源于大质量恒星坍缩的形成过程一致。

但在大约45倍太阳质量以上，种群发生了变化。这些较重的黑洞显示出自旋更快且取向更随机分布，这正是我们预料中早期黑洞合并的残余物随后再次合并所应有的特征。

这一点很重要，因为恒星演化预测存在所谓的成对不稳定性质量间隙。在大质量恒星中，高能伽马射线可转化为电子-正电子对，从而降低支撑恒星核心的辐射压力。恒星变得不稳定，在某些质量范围内，爆炸可能彻底摧毁恒星，以至于不留下任何黑洞。

这意味着普通恒星坍缩很难产生超过间隙下限的某个质量的黑洞。

这篇新论文将该间隙下限置于约44倍太阳质量处（存在不确定性），并发现低自旋的第一代种群在该范围以上基本消失。

因此，当引力波探测器观测到处于或接近这一预期禁区的黑洞时，问题就变成了：我们对大质量恒星的模型是否错误，还是这些黑洞是通过另一种方式形成的？

新证据支持第二种选择。

这些高質量黑洞看起来像是分层组装而成：两个较小的黑洞合并，残余物成为一个更重的黑洞，在致密星团中，该残余物后来又能找到另一个伴侣并再次合并。每次合并都会留下特征性的自旋印记，而观测到的45倍太阳质量以上的自旋分布比普通孤立双星演化更好地符合这一分层情景。

这一结果也很重要，因为它将引力波天文学与大质量恒星内部核燃烧物理联系起来。成对不稳定性边界的的位置取决于恒星核心中碳和氧的产生方式，特别是通过碳-12加氦-4反应形成氧-16的过程。

通过测量黑洞质量分布发生变化的位置，引力波数据可以间接约束该核反应的速率，而这一速率仍是恒星演化模型中的一个主要不确定因素。

引力波不再仅仅告诉我们黑洞在碰撞。它们开始揭示不同种类的黑洞在哪里形成、如何增长，以及大质量恒星的死亡如何塑造我们观测到的黑洞种群。

当前样本中最重的恒星质量黑洞可能更不像单一恒星的直接遗骸，而更像是拥挤宇宙环境中碰撞、存活并再次碰撞的黑洞产物。承包笑点碎碎念