2020年3月16日，激光干涉引力波天文台（简称：LIGO）合作组织发出一个警报，表明它刚刚检测到另一个引力波事件，这是自2019年4月开始其最新数据采集以来的第56个候选检测。这表明两个黑洞的合并，就像之前的许多黑洞合并一样。
然而，与其他大多数黑洞合并不同的是，这可能是中子星与黑洞之间“质量缺口”的想法终结事件。在LIGO于去年4月重新启用之前，它的所有事件，加上众所周知的中子星和黑洞，都显示出两个不同的种群：低质量中子星（2.5太阳质量以下）和高质量黑洞（5太阳质量及以上）。 但是，此最新事件恰好落在了“质量缺口”距范围内，彻底推翻这一想法。
- 图注：虽然我们知道黑洞一定存在很长一段时间，但我们只能探测到它们对其他光源和物质的引力影响。这带来了对它们性质的间接理解和测量，但直到最近几年，随着LIGO（激光干涉引力波天文台）等直接探测天文台的出现，我们才能直接测量它们的性质。
2015年之前，也就是美国国家科学基金会（National Science Foundation）的两个先进的LIGO探测器开始运行的那一年，我们对黑洞和中子星的存在还不太了解。我们知道，当大质量恒星耗尽燃料时，它们会在一次灾难性的爆炸中结束生命：II型超新星。在这些事件中，恒星的核心在经历失控的聚变反应时发生坍塌，在这个过程中摧毁了恒星。
这可能导致较小质量的恒星形成中子星，而较大质量的恒星形成黑洞。（还有其他更技术的因素也在起作用，比如恒星中的重元素的丰度）一般来说，在一定质量以上的恒星会产生黑洞，而在一定质量以下的恒星会产生中子星。
- 图注：整个恒星中非常庞大的恒星的解剖结构，当核心耗尽核燃料时，最终形成II型超新星。 聚变的最后阶段通常是燃烧硅，在超新星爆发之前的很短时间内，在核中产生铁和类铁元素。 我们相信，超新星会产生连续光谱的中子星到黑洞，但是在超新星残余物的质量分布中可能存在缺口。
但在2015年LIGO启动之前，我们没有探测到一个连续的残余质量。对于黑洞，我们探测它们的主要方法来自于X射线双星系统：在那里，处于一颗大恒星的一个相对较近的轨道上，有一个更小、密度更大、塌陷的天体。这些X射线双星可以具有黑洞或由“施主性恒星”绕行的中子星，施主性恒星的质量被较小的天体虹吸掉。
吸积和加速的过程导致X射线的发射，这使我们能够推断出塌陷物体的质量。对于中子星，也有其他方法来测量它们的质量。然而，我们发现中子星的质量不是连续的光谱，而是在大约2个太阳质量下形成的，而黑洞直到大约5个太阳质量才开始出现。在这两者之间，似乎什么都没有：我们开始称之为“质量缺口”。
- 图注：通过观察黑洞和中子星等双星源，我们发现了两类天体：低质量天体在2.5太阳质量以下，高质量天体在5太阳质量及以上。虽然LIGO和Virgo已经探测到比这更大的黑洞和中子星合并的一个实例，其合并后的产物落入缺口区域，但我们仍然不确定在那里还有什么存在。
一时间，大多数人认为这不是真正的效果，但我们看到的最容易看到的对象：更大的黑洞。然而，当第一个引力波探测器上线并开始看到事件时，他们向我们展示了一些惊喜。
- 我们发现的大多数黑洞比我们用X射线双星发现的黑洞要大得多。
- 质量较低的黑洞出现了，但没有一个在临界5太阳质量阈值或以下。
- 观察到正在融合的中子星，特别是导致“质量缺口”范围内黑洞的形成。
但就是这样。据我们所知，在2.5个太阳质量以上没有中子星，我们所知的5个太阳质量以下的黑洞只有两个中子星合并形成的。
- 图注：插图，描绘了两个正在合并的中子星。 双星中子星系统像黑洞一样具有启发性和融合性，LIGO已经发现了许多此类事件的例子。 然而，其最低质量的黑洞仍远高于我们从X射线双星中发现的最低5太阳质量，但在过去六个月中，所有这些都发生了变化。
为什么会这样？自2010年以来，科学家们一直在猜测其可能的天体物理原因。也许创造中子星的超新星爆炸在某种程度上与创造黑洞的超新星有着根本的不同。或许那些原本会形成这些“质量缺口”物体的恒星会经历不同的命运，比如直接崩塌。也许只有中子星的合并才填补了这个空白，这就是为什么我们很少看到。
或者，也许实际上有很多这样的天体——所有这些物体都应该是黑洞，高于一定的阈值（非旋转物体的质量是2.5个太阳质量；快速旋转物体的质量是2.75个太阳质量）——而我们的技术还不足以找到它们。高级LIGO在升级后于2019年4月重新开始运营。在此后近一年的时间里，它回答了这个问题。
- 图注：当引力波穿过空间中的某个位置时，它将在交替的时间沿交替的方向引起膨胀和压缩，从而导致激光臂的长度在相互垂直的方向上发生变化。 利用这种物理变化，我们便开发出了成功的引力波探测器，例如LIGO和Virgo。
每当两个巨大的天体相互吸引并融合在一起时，它们就会发出引力波。如果它们有适当的频率和振幅，那么一个足够精确的引力波探测器应该能够在它们通过时测量这些波。有时，LIGO会出现错误警报，并收回候选信号。然而，在近一年的时间里，LIGO警报系统发现了56个悬而未决的候选事件。
这比2019年4月之前探测到的所有引力波事件增加了约400%，其中绝大多数代表了大规模黑洞合并。其他事件，如中子星与中子星合并和中子星与黑洞合并，似乎也被探测到。但在最初的几个月里，即使这些新的事件纷至沓来，根本没有大规模的“质量缺口”事件。
- 图注：LIGO已知对所有事件都敏感的各种类型的事件，其形式是两个质量相互融合和合并。我们知道5个太阳质量以上的黑洞是常见的，2个太阳质量以下的中子星也是常见的。介于两者之间的距离被称为“质量缺口”，天文学家可能刚刚解决了这个难题。
在2019年8月14日，宣布了第一个似乎落入这个禁止的“质量缺口”范围的候选事件，但希望很快就被粉碎了。 后续分析表明，这是中子星-黑洞合并。 如果得到证实，这样的事件仍将是罕见而有趣的，但不能解决“质量缺口”问题。
但是，过去六个月中，这些事件激增了，包括：
- 2019年9月24日发生的99%以上概率的“质量缺口”事件，
- 2019年9月30日发生的95%概率“质量缺口”事件，
- 2020年1月15日发生的99%以上概率的“质量缺口”事件，
- 以及2020年3月6日发生的99%以上概率的“质量缺口”事件。
- 图注：对于我们宇宙中存在或形成的真正黑洞，我们可以观察到它们周围物质发出的辐射，以及由吸气相、合并相和环状相产生的引力波。尽管已知的X射线双星不多，LIGO和其他引力波探测器应该能够填补黑洞大量存在的任何“质量缺口”范围。
有一个不可忽视的可能性，其中一些可能是假阳性事件，但概率很低。此外，由于欧洲“处女座”(Virgo)引力波探测器的贡献，所有四个候选探测（称为超级事件）的天空定位都非常好，没有发现任何电磁对应物。无论是在合并之前还是合并之后，一切都与这些黑洞是一致的。
如果这些事件中有一个是真实的和可靠的——其前身质量位于2.5到5个太阳质量之间——这将是引力波中所见过的合并黑洞质量最低的一对：一个了不起的新记录。但是，如果其中的两个或三个被证明是真实的和可靠的，其含义实际上也会改变，因为这暗示着“质量缺口”本身并不存在。
- 图注：超新星的类型取决于初始恒星质量和比氦重的元素的初始含量（金属性）。 请注意，第一颗恒星占据了图表的底部，不含金属，黑色区域对应于直接塌陷的黑洞。 对于现代恒星，我们尚不确定产生中子星的超新星与产生黑洞的超新星在本质上是相同还是不同，以及在自然界之间是否存在“质量缺口”。 但是新的LIGO数据确实指向解决方案。
这不应该是个意外。LIGO的第一次和第二次运行，已经探测到十多个不同的黑洞和中子星合并，其灵敏度明显低于当前升级后正在运行LIGO。我们的引力波探测器灵敏度的提高，意味着我们现在可以探测到以前无法探测到的物体，包括：
- 在更远的距离，
- 更极端的质量比，
- 在较低的质量阈值下，
当LIGO和Virgo的合作迈出了一步，将这些超级事件从候选检测转化为成熟的验证、公布的事件时，它们将开始填充这个质量范围。在那个时候，曾经是一个缺口的地方，会突然充满以前从未见过的黑洞。
- 图注：当两个紧凑的质量（例如中子星或黑洞）合并时，它们会产生引力波。波信号的幅度与黑洞质量成正比。 LIGO和Virgo的合作，最终可能对低于传统“质量缺口”阈值的黑洞质量敏感。如果初步观察结果成立，那么质量间隙将不再存在。
几十年来，我们只知道存在于太阳质量两倍以下的中子星，以及存在于太阳质量五倍以上的黑洞。从2017年开始，我们开始看到中子星合并在一起形成黑洞，落入那个空白的质量范围，但这些事件相对较少。然而，然而，这一最新发现——两个低质量黑洞合并在一起形成一个更重的黑洞——应该很好地关闭"质量间隙"范围。
曾经的未知区域现在应该被黑洞填满。虽然仍然有很多科学要做，以确定不同质量的黑洞有多罕见或多常见，但现在中子星和黑洞之间存在“质量缺口”想法，已经被LIGO的最新数据推翻了。
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