时空涟漪揭示黑洞吞噬中子星_风闻

一个黑洞可以撕裂一颗中子星，就像在这个模拟中一样，或者它可以将它整个吞下。

 （可视化）T. 迪特里希/N。费舍尔/S。奥索金/H. 菲佛/T。武; (模拟) V. CHAURASIA/T. 迪特里希时空涟漪揭示黑洞吞噬中子星

通过Adrian Cho2021 年 6 月 29 日上午 8:00

称其为金刚与哥斯拉的天体物理学等效：科学家们发现了两个黑洞吞噬中子星的实例，中子星是一颗中等质量的恒星燃烧并爆炸时留下的超密度核物质球体。巨大物体之间的剧烈合并是通过碰撞发出的时空涟漪或引力波检测到的。此前，科学家们已经发现了黑洞-黑洞或中子星-中子星的合并，并焦急地等待着发现这种混合对。

“大多数人怀疑有黑洞与中子星合并，但这是我们第一次自信地看到这一点，”西北大学引力波天文学家玛雅·菲什巴赫说，他帮助做出了这一发现。然而，对于这两个事件，天文学家都没有看到可见光或其他电磁辐射，这让他们渴望合并，在这种合并中，一个黑洞将一颗中子星的发光内脏散布在天空中，并有助于揭示其秘密。

五年前，物理学家首次探测到引力波，当两个巨大的黑洞盘旋并融合在一起时会发出引力波。这一发现是由激光干涉引力波天文台 (LIGO) 发现的，这是位于路易斯安那州和华盛顿州的一对大型光学仪器，它使用激光束以令人难以置信的精度测量空间的拉伸。

一年后，位于意大利的欧洲室女座引力波探测器加入了搜寻，几天之内，这三个探测器就发现了两颗旋转在一起的中子星。合并的中子星引发了一种称为伽马射线爆发的闪光，然后是一种称为千新星的爆炸，将新形成的元素喷入太空。望远镜在电磁波谱上观测到这些烟花，使天体物理学家能够限制中子星物质的特性，检验他们的伽马射线暴理论，并更好地了解重元素的起源。

那次中子星合并激起了许多研究人员对第三种显然会产生引力波的宇宙灾难的兴趣：黑洞和中子星的合并。一些天体物理学家认为，这样的事件会更具启发性，因为无特征的黑洞——坍缩到一定程度的大质量恒星留下的超强引力场——撕裂了更复杂的中子星。他们希望这样的碰撞能够以前所未有的方式阐明中子星的结构。

现在，LIGO 和 Virgo 团队发现了两个期待已久的事件。较强的信号在 2020 年 1 月 15 日触发了所有三个探测器，并且数据表明，起源于一个估计有六个太阳的黑洞吞噬了一颗质量为 1.5 个太阳质量的中子星。十天前，研究人员发现了一个 9 个太阳质量的黑洞与一颗 1.9 个太阳质量的中子星合并。LIGO 和 Virgo 团队今天在《天体物理学杂志快报》上报告说，这两个事件都发生在大约 10 亿光年之外。

LIGO 和 Virgo 的研究人员现在也排除了他们之前认为可能是黑洞-中子星合并的一些事件。例如，2019 年 8 月发现的地震现在似乎涉及黑洞与质量为太阳 2.6 倍的物体的合并，该物体太重而不能成为中子星。它可能是一个奇怪的、非常轻的黑洞。

不幸的是，对于天体物理学家来说，无论是黑洞-中子星合并，都没有产生扫描它们位置的电磁望远镜可见的爆炸。LIGO 团队成员 Fishbach 说，这可能是因为它们离我们太远了，也可能是因为黑洞简单地吞噬了整个中子星。布赖恩梅茨格说，如果黑洞比中子星质量大得多（其重量不能超过约 2.2 个太阳质量），或者如果黑洞正在缓慢旋转，那么黑洞很可能会完全吞噬中子星，哥伦比亚大学和熨斗研究所的理论天体物理学家。

梅茨格解释说，只有当中子星在落入黑洞之前可以在与其半径相等的距离内（大约 12 或 13 公里）环绕黑洞时，这种合并才会撕裂中子星并引发爆炸。但是中子星能绕多近的距离取决于黑洞的质量和自旋，如果黑洞旋转得更快，中子星就能绕得更近。理论预测，一个旋转速度尽可能快的太阳质量的黑洞仍然应该撕裂中子星并产生爆炸。如果一个不旋转的黑洞的质量只有五个太阳质量，它就会消耗整个中子星。

梅茨格说，LIGO 已经发现了十几个黑洞对，迄今为止它的数据表明，大多数黑洞旋转缓慢，可能会吞下整个中子星。“我认为人们只是假设他们会更快地旋转。” 梅茨格说，随着这一观察，人们意识到黑洞-中子星合并引起的爆炸可能很少见，尤其是因为 LIGO 和 Virgo 对较重的黑洞更敏感。

尽管如此，来自两个新事件的数据表明，每立方光年的空间，黑洞-中子星合并的数量超过了黑洞-黑洞合并的数量，菲什巴赫说。（虽然数量较少，但可以在更远的地方检测到更响亮的黑洞-黑洞信号。）因此，LIGO 和 Virgo 仍然有可能在每个人都热切期待的灯光秀中发现黑洞-中子星合并，Fishbach 说：“我们的未来仍有一些非常令人兴奋的第一次。”