巨型恒星碰撞后的后果常常难以准确预测，但意大利帕多瓦大学的DEMOBLACK团队首次通过流体动力学模拟对此进行了推演。他们的研究结果揭示了一些引人注目的效应，其中之一是巨型黑洞可能在恒星孕育带中形成，这个区域的大型恒星距离彼此非常近。天体物理学家Michela Mapelli于2022年4月11日在美国物理协会举办的4月会议上展示了这一模型的模拟结果。DEMOBLACK项目的研究团队成员还包括天体物理学家Alessandro Ballone和Guglielmo Costa。
Mapelli的模型回应了一个引力波观测领域的紧迫问题：两个相距遥远的黑洞如何结合形成类似GW190521的强大引力波事件。GW190521是由LIGO和Virgo探测器在2019年发现的，其信号包含了黑洞融合的独特信息。碰撞前，这两颗黑洞的质量分别为85倍和66倍太阳质量，最终合并形成质量超过140倍太阳质量的黑洞。然而，令人费解的是，这两颗黑洞的质量处于所谓的“质量缺口”范围内，即它们的质量大于恒星坍缩产生的黑洞（约为20倍太阳质量），但小于超大质量黑洞。科学家们迄今尚不确定这个质量范围内的天体是否能够形成黑洞。
Mapelli及其合作者早在LIGO-Virgo观测结果公布前一年就通过研究发现，恒星碰撞可以在质量缺口范围内形成黑洞。最初，他们的模拟没有考虑流体动力学因素，但引力波GW190521的发现推动他们将流体动力学纳入模拟计算。根据DEMOBLACK的模拟结果，这种巨大的黑洞可能源于大质量恒星的碰撞，尤其是那些在恒星孕育带中密集分布的大质量恒星。以前的研究曾模拟了低质量恒星的碰撞，但Mapelli的研究首次考虑了大质量恒星碰撞的情况。她指出：“迄今为止，还没有人对如此大质量的恒星碰撞进行过模拟。”
Mapelli将在APS会议上展示大质量双子黑洞在年轻星团中的动力学演化过程。她的模型从两颗恒星作为研究对象开始，其中一颗是主序星，即恒星演化的早期阶段，质量约为太阳的40倍。另一颗恒星年龄较大，内核充满紧密的氦，质量大约为太阳的60倍，这是一颗半径和质量都非常大、内外核密度差距巨大的恒星。在某些假设条件下，这些恒星可能会坍缩形成一个质量超过50太阳质量的黑洞，然后演化成双子黑洞。Mapelli认为，这些恒星碰撞可能会形成质量范围在太阳的100倍到10000倍之间的黑洞，然后进行反复碰撞和融合。
自从2020年《物理评论快报》报道了引力波GW190521的观测数据以来，理论物理学家一直在探索其背后的动力学原理。有一种观点认为，这些双子黑洞中可能包含着原始黑洞，它们并非源自恒星内核的坍塌，而是宇宙早期的遗留物。另一种观点则认为，恒星碰撞发生在超大质量黑洞周围的密集气体盘内，随后的融合过程可能产生了电磁耀斑，观测数据也支持这一理论。Mapelli对研究结果持开放态度，她表示：“我们无法确定恒星碰撞是GW190521事件的唯一解释，模拟也不排斥其他假说，我们也需要考虑其他两种解释的可能性。”