科學家發現最奇怪引力波信號:由比黑洞小但比最大中子星大的神秘...

2020-11-25 騰訊網

圖片來源：N. Fischer, S. Ossokine, H. Pfeiffer, A. Buonanno (Max Planck Institute for Gravitational Physics), Simulating eXtreme Spacetimes (SXS) Collaboration

天體物理學家發現了迄今為止最奇怪的引力波信號，這一發現可能迫使科學家改變他們對宇宙的認識。

當巨大的物體扭曲了它們周圍的時空，並在整個宇宙中發出漣漪時，就會形成引力波。2015年，科學家首次發現了這種由兩個黑洞碰撞形成的波。

從那時起，引力波的探測變得越來越陌生，科學家們也變得越來越興奮。現在，一組研究人員宣布，他們首次發現了一種引力波信號，這種引力波信號是由一個比已知的最大的中子星還要大，但比已知的最小黑洞要小的物體碰撞產生的。

儘管對科學家來說，這一發現太過複雜，無法準確地確定到底發生了什麼，但這一信號帶來了更多奇怪觀測的希望。這一發現甚至預示著人們對所謂超新星的大規模恆星爆炸是如何發生的有了新認識。

「這是一個奇妙的事件，它將真正改變我們對黑洞和中子星形成的理解。」西北大學和格拉斯哥大學引力波天文學家、這項新研究的合著者Christopher Berry表示，「在我們能夠得到更多的觀察結果之前，這仍然是一個謎，但這並不意味著它沒有提供信息。」

「我們對結果非常有信心，這是一個非常漂亮的信號。」他說。「如果你看看數據，就會發現這是一種美妙的、乾淨的啁啾聲。當我第一次看到它的時候，我都不敢相信，太震撼了。」

科學家們在2019年8月14日捕捉到了引力波，當最初的分析表明這次碰撞可能合併了一個黑洞和一個中子星時，他們更感興趣了。這兩個物體的碰撞是科學家們一直熱切期待的一種引力波事件，因為到目前為止他們只看到了合併。

但隨著天體物理學家對這些數據進行更多的分析，他們意識到所看到的是更奇怪的東西。根據科學家對這次合併事件的分析，其中一個碰撞物體的質量大約是我們太陽的23倍，這是一個黑洞，另一個大約是我們太陽的2.6倍，但是什麼尚不清楚。

神秘質量之差

這個尺寸就是科學家們所說的質量差距:這個物體比迄今為止研究的任何黑洞都要小(大約是太陽質量的5倍)，但也可能比任何已知的中子星大(大約是太陽質量的2.5倍)。

西北大學天體物理學家、合著者Vicky Kalogera在一份聲明中說:「黑洞和中子星混合性質的合併已經被預測了幾十年，但是這個在質量差距中的緻密物體完全是一個驚喜。」「儘管我們無法確定該物體的類別，但我們看到的要麼是已知最重的中子星，要麼是已知最輕的黑洞。不管怎樣，它都打破了紀錄。」

在其它情況下，科學家或許已經能夠確定在產生可觀察到碰撞之前這個物體到底是什麼。但命運在這裡並不配合。科學家們沒有發現任何中子星可能產生的光信號——但這並不排除它可能是中子星的可能性。

而且，與科學家迄今為止研究的通常質量匹配良好的碰撞不同，這兩次碰撞極不均勻，較大的物體的質量大約是較小物體的9倍，這使得科學家更難從引力波啁啾中看到事件的細節。Kalogera在聲明中說:「我想到了吃豆人在吃一個小點。當質量高度不對稱時，較小的緻密物體可以被黑洞一口吃掉。」

這個事件也很難研究，因為它離我們很遠。這次碰撞似乎發生在距離地球約8億光年的地方，這比2017年8月伴隨閃光檢測到的中子星合併要遠6倍。

由於這些挑戰，要真正破解宇宙質量差距的奧秘，科學家們將需要在更多的碰撞中觀察這些邊界物體，最好是那些不那麼複雜、難以分析的碰撞。

Berry說，確定中子星和黑洞之間的模糊區域不僅僅是為了精確，它將改變我們對周圍宇宙的理解。

首先，它將告訴科學家們中子星是如何工作的——Berry稱之為「終極粒子對撞機」。「中子星的物質很難建模。」他說，「我們在地球上無法模擬，條件太極端了。」但這種物質的性質將決定中子星的最大大小，也就是大型中子星在什麼時候變得太大而坍縮，這一邊界將由像這項新研究這樣的觀測幫助確定。

Berry說，理解質量差距將對天體物理學產生影響，其影響將遠遠超出觀測範圍。幾十年來，天體物理模型已經假設在最大的中子星和最小的黑洞之間確實存在差距。如果這個差距比之前假設的要小得多，或者根本不存在，那麼就需要對這些模型進行調整。Berry說，這些調整後的模型可以改變我們對宇宙的理解，比質量差距說定義本身更廣泛。

Berry說，無論質量差距之謎如何揭開，這個新的信號指向引力波觀測的豐富未來。

「這證明了我們用引力波來探索宇宙才剛剛開始。」他說。「我們不知道外面有什麼。我們已經看到了一些更常見的來源，我們知道了引力波的典型類型。但整個複雜性，叢林中的稀有動物是什麼，我們仍在努力尋找答案。」

這一研究於6月23日發表在《天體物理學雜誌通訊》上。

編譯/前瞻經濟學人APP資訊組

參考資料：

https://www.space.com/smallest-black-hole-biggest-neutron-stary-mystery-object.html

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