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原作者：Brian Koberlein
翻譯：張宇辰
校對: 王婧彧 王茸 張硯斌 楊伯順
審閱：牧夫校對組
後臺：庫特莉亞夫卡 李子琦
黑洞是引力坍縮的極限。如果把足夠大的質量壓縮到足夠小的體積，那麼它自身的重量就會把質量擠壓到湮沒這個地步。剩下的只是一個扭曲的空間，它可以捕獲任何離它太近的東西，甚至連光都無法逃脫。
理論上來說，不存在所謂的「需要的最小質量」。如果你能把一大塊物質擠壓得足夠小，它最終會達到坍縮點。但實際情況並非如此簡單。當你擠壓物質時，物質會往回推。物質的推動和重力的拉動之間形成平衡，使行星和較小的恆星處於流體靜力平衡狀態。像我們的太陽這樣的恆星太小了，不能變成黑洞，它最終會變成白矮星。
兩顆中子星碰撞的藝術概念圖
Credit：Robin Dienel/The Carnegie Institution for Science
然而，流體靜力平衡也有它的極限。總有那麼一個臨界點，物質再也抵抗不住重力，這個極限值大約比2倍太陽質量還要大一點。恆星核心物質的核聚變可以在一段時間內阻止較大的恆星坍縮，但當聚變停止時，一場物質和引力之間的流體靜力戰就打響了。任何小於1.4倍太陽質量的恆星都會坍縮成白矮星，任何大一些的恆星都會坍縮成中子星，其上界是中子星的託爾曼-奧本海默-沃爾科夫(TOV)極限。如果超過這個值，恆星就會坍縮成黑洞。
最精確的TOV極限計算表明，中子星的最大質量約為2.16倍太陽質量。目前已知的質量最大的中子星有2.14倍太陽質量。2017年，LIGO觀測到了兩顆中子星的合併，天文學家據此確定的極限約為2.2倍太陽質量。另一方面，被觀測到的最小黑洞的質量約為太陽質量的3.7倍，儘管有人估計它的質量接近5倍。在這兩者之間存在著天文學家所說的質量間隙。在這個間隙的某個地方就是中子星和黑洞之間的臨界邊緣。
在2019年與黑洞合併的東西到底是什麼? 中子星還是黑洞？
Credit：LIGO/Caltech/MIT/R. Hurt (IPAC)
現在，LIGO發現了一個恰好處於這個邊緣值的天體。2019年8月，他們觀察到了一個23倍太陽質量的黑洞與一個2.6倍太陽質量的天體合併時產生的引力波。這樣的質量，它要麼是被發現的最小的黑洞，要麼是最大的中子星。如果它是一顆中子星，那麼我們關於中子星的傳統模型肯定存在某些錯誤。它可能是一種叫做「夸克星」的更奇特的天體。（夸克星是由奇夸克物質組成，是一種假設的星體。）不幸的是，雖然我們很好地估測了這個天體的質量，但是卻沒有辦法知道它的性質。理論上，黑洞與中子星或夸克星的合併除了產生引力波外，還會產生X射線爆發。但是這次合併太遙遠了，很難探測到光信號，我們也並沒有收到相應的光信號。
不過，我們現在知道有些物體非常接近黑洞極限。隨著更多的觀測，我們很快就會了解這個極限到底是多少。
參考文獻：
https://www.universetoday.com/146683/astronomers-just-detected-either-the-least-massive-black-hole-or-a-strange-and-massive-neutron-star/
Cho, Adrian. 「A weight limit emerges for neutron stars.」 Science (2018): 724-725.
Abbott, R., et al. 「GW190814: Gravitational Waves from the Coalescence of a 23 Solar Mass Black Hole with a 2.6 Solar Mass Compact Object.」 The Astrophysical Journal Letters 896.2 (2020): L44.
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版面編排：琇 茹
責任編輯：楊伯順
牧夫新媒體編輯部
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