GW250114：旋转黑洞碰撞。图片来源：LIGO等

当两个黑洞碰撞并合后，新形成的黑洞会释放出一系列被称为“类态模式”的特征性引力波振动，类似于乐器发出的谐波。通过测量这些振动频率，研究人员可精确确定黑洞的质量和旋转速度，同时验证爱因斯坦的理论是否成立。这种“听声辨黑”的方法已成为引力波天文学的核心手段之一。

自2015年人类首次直接探测到引力波以来，LIGO-Virgo-KAGRA国际合作组织已观测到数百个黑洞并合事件，并根据其基本振动频率测量了数十个黑洞的“响声”。截至目前，每一次观测到的环振信号都与广义相对论的预测完全一致。然而，现有探测器的灵敏度仍存在局限，限制了科学家对更精细振动模式的捕捉。

未来，新一代引力波观测站有望彻底改变这一局面。欧洲主导的爱因斯坦望远镜、美国的宇宙探索者引力波天文台以及激光干涉空间天线（LISA）等设施一旦建成，将能够探测到更多黑洞并合事件，定期测量多种振动模式。这些系统不仅能让天体物理学家发现挑战现有模型的黑洞形成机制，还能更精确地检验广义相对论，甚至寻找全新的粒子和力。

研究人员在分析现有LIGO数据时发现了多种复杂现象，包括多种声响音调（类似乐器谐波）、不同振动模式之间的相互作用、动态模式激发、模式以异常方式融合的特殊点，以及由拥挤天体物理环境中合并所放大的发射“尾部”。这些特征为进一步探索超出粒子物理标准模型的现象提供了潜在途径，例如超越爱因斯坦的引力理论、暗物质性质，以及黑洞视界附近的量子尺度效应。

这项综述汇聚了来自英国、欧洲、北美、亚洲和南美洲各地70多位专家的研究成果，是该领域迄今为止最全面的评估。随着引力波探测器灵敏度的不断提升，黑洞光谱学有望将黑洞从神秘天体转化为精密实验室，用于研究极端天体物理过程，并发现全新的基础物理现象。