中子星碰撞會產生黑洞?中子星和黑洞都是宇宙中最神秘的天體

2020-12-06 博科園

博科園：科學科普-天體物理學類

2017年8月科學家首次發現了由兩顆被稱為中子星的超緻密「恆星屍體」合併產生的引力波。天文學家強調這一具有裡程碑意義的發現是理解宇宙的重要一步。當時，科學家們認為這一被官方正式歸類為GW170817的重大事件，可能會產生一個黑洞：而一項新的分析結果支持了這一假設。在這項新研究中，研究人員分析了美國宇航局錢德拉x射線天文臺收集的數據。在雷射幹涉引力波天文臺(LIGO)項目探測到引力波後，阿爾伯特·愛因斯坦在一個世紀前首次預言了引力波在時空中的漣漪。

由兩顆中子星撞擊而成的黑洞GW170817概念圖。圖片：NASA/CXC/M.Weiss

博科園-科學科普：LIGO的數據顯示，由中子星合併而成的天體大約是太陽質量的2.7倍。因此，研究人員說：它要麼是迄今為止發現質量最低的黑洞，要麼是質量最大的中子星。但研究團隊將其資金投入到黑洞研究解釋中，研究人員說：如果這兩顆中子星相撞，形成一顆更重的中子星，那麼產生的物體很可能有一個強大的磁場，產生明亮的x射線輻射，然而錢德拉的觀測顯示x射線水平較低。德克薩斯大學奧斯汀分校的帕萬·庫馬爾在一份聲明中說：我們可能已經回答了這個令人眼花繚亂事件中最基本的問題之一：它是什麼東西？

圖是GW170817概念圖，這是2017年8月探測到引力波的雙中子星碰撞。圖片： (above) Illustration: NASA/CXC/M. Weiss; (below) NASA/CXC/Trinity University/D. Pooley et al.

天文學家長期以來一直懷疑中子星的合併會形成一個黑洞並產生輻射爆發，但迄今為止還缺乏強有力的證據證明這一點。如果這一假設得到證實，它可能會揭示宇宙中最黑暗的物體——黑洞（已知最輕黑洞的質量至少是太陽質量的4到5倍）。研究小組成員說，並非所有的黑洞都以同樣的方式形成，但這顆超低質量的黑洞在兩次超新星爆炸後形成，使兩顆中子星處於足夠近的軌道上，受到重力波輻射有助於它們碰撞——這是一段奇怪而複雜的旅程。如果天文學家確定GW170817產生了一顆巨大的中子星，那將是非常有趣的。研究人員說，這樣的結果將挑戰關於這些奇異物體的結構和形成理論。

數值模擬描述了兩個螺旋合併的中子星，高密度(中子星的內部)以藍色表示，而較低的密度(中子星的外殼)以紅色表示。圖片：T .Dietrich/S. Ossokine/H. Pfeiffer/A. Buonanno/Max Planck Institute for Gravitational Physics/BAM collaboration

該研究的作者之一、德克薩斯大學的j·克雷格·惠勒(J. Craig Wheeler)在聲明中說：GW170817是一個持續不斷的天文現象，我們從這一事件中學到了很多關於密度最大的已知天體的天體物理學知識。研究報告的共同作者、加州大學伯克利分校的布魯斯·格勞桑(Bruce Grossan)也表達了類似的觀點：在我職業生涯的開始，天文學家只能觀測到我們星系中的中子星和黑洞，而現在我們正在觀察這些來自宇宙的奇異恆星，活著是多麼令人興奮的時刻啊，看到像LIGO和Chandra這樣的「樂器」向我們展示了大自然所提供許多令人激動的東西！這項新研究發表在《天體物理學快報》上。

博科園-科學科普｜文：Chelsea Gohd/Space

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