引力波探測在宇宙的「質量鴻溝」中發現神秘天體

2020-06-24 星空天文

是中子星還是黑洞？抑或都不是？

引力波探測在宇宙的「質量鴻溝」中發現神秘天體

計算機模擬的GW190814。在這裡，這對天體被假設為一對黑洞。N. Fischer, S. Ossokine, H. Pfeiffer, A. Buonanno (Max Planck Institute for Gravitational Physics), Simulating eXtreme Spacetimes (SXS) Collaboration

近日《天體物理學期刊通訊》上刊登了一篇基於LIGO和Virgo引力波天文臺探測結果的研究報告，稱在宇宙中發現了一個質量為太陽2.6倍的「緻密」天體。天文學家無法確定這個天體是中子星還是黑洞，抑或是不為人知的新型天體。

天文學家是在一次緻密天體併合事件中發現它的。當時它和一個質量為太陽23倍的黑洞融為了一體，產生了「可感」的引力波信號，被LIGO和Virgo的引力波傳感器探測到。

這個質量為太陽2.6倍的緻密天體引起了天文學家的興趣。因為到目前為止，人們只在宇宙中發現過質量不超過太陽2.5倍的中子星，和質量不低於太陽5倍的黑洞。如何精確劃分這兩者的界限，以及它們之間是否存在不為人知的新型天體仍無人知曉。

這次併合事件引發的引力波事件編號為GW190814，發生在距離地球約8億光年遠的地方，產生了一個質量大約為太陽25倍的黑洞。併合事件的兩個始作俑者質量相差9倍，是迄今為止質量最懸殊的一對引力波源。在此之前質量相差最大的引力波源是GW190412，那是兩個黑洞，其中一個黑洞的質量是另一個的4倍。

現有理論對於解釋GW190814而言已經勉為其難。這對天體中質量較小的那個究竟是什麼無法確知。如果說它是中子星，那麼它的質量已經超出了理論預言的中子星質量上限。所以它也有可能是一個黑洞。

值得注意的是，儘管在併合事件的引力波信號被探測到之後很短的時間內，全球各地許多天文臺進行了跟進觀測，卻沒有發現任何與之相對應的電磁波信號。與之相比，發生在2017年的中子星併合事件引力波信號GW170817被探測到之後不久，全球各地的天文望遠鏡都發現了與之相對應的電磁信號。

理論上，中子星併合確實會引起電磁波爆發，而黑洞併合可以在漆黑一團中進行。但對於GW190814之所以沒有產生可見光，可能也有多方面的原因。其一是事件的發生地距離地球十分遙遠，比2017年的中子星併合事件遠6倍。因此對光信號進行檢測十分困難。其二，假如併合雙方都是黑洞，那麼併合過程不會發出任何閃光。其三，假如質量較小的那個天體是中子星，那麼質量9倍於它的黑洞伴侶可能會把它整個吞下，也不會發光。但是就當前的技術能力而言，人們還不能對後兩種情況加以區分。

引力波探測在宇宙的「質量鴻溝」中發現神秘天體

計算機模擬的GW190814。在這裡，這對天體被假設為一對黑洞。N. Fischer, S. Ossokine, H. Pfeiffer, A. Buonanno (Max Planck Institute for Gravitational Physics), Simulating eXtreme Spacetimes (SXS) Collaboration

[參考] LIGO-Virgo Finds Mystery Object in &34;, www.ligo.caltech.edu/news/ligo20200623; GW190814: Gravitational Waves from the Coalescence of a 23 Solar Mass Black Hole with a 2.6 Solar Mass Compact Object, iopscience.iop.org/article/10.3847/2041-8213/ab960f

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