首次发现吞噬中子星的黑洞

2020 年 1 月 5 日，天体物理学家听到了来自宇宙遥分的啁啾声。转瞬即逝的声音与他们之前听到的任何声音都不同，它是由时空的巨大涟漪——引力波——引起的，它从超过 9 亿光年远的地方传播到整个宇宙，冲刷地球并发出砰砰声探测器。

然后，10 天后，他们又听到了另一个类似的声音。 宇宙双胞胎。引力波再次冲击了地球的探测器。 经过仔细分析，这两个信号被确定为来自深空极端的、前所未见的事件：黑洞和中子星之间的碰撞。

周二发表在《天体物理学杂志快报》上的一项新研究详细介绍了这对碰撞（或不那么诗意的“合并”） ，其中包括来自 LIGO/Virgo 和 KAGRA 合作项目的 1,000 多名科学家，这是一项寻找引力波的跨国努力. 这两个新描述的事件被命名为 GW200105 和 GW200115，因为它们被发现的日期，并提供了难以捉摸的合并的第一个明确证据。

在重探测之前，天文学家只发现了黑洞与黑洞合并和中子星与中子星合并。

澳大利亚国立大学的天体物理学家、OzGrav和 LIGO 合作的成员 Susan Scott 说：“我们一直在等待并期待在某个阶段检测到一个系统。”

现在他们有了。

在过去的两年里，有人建议可能已经发现了中子星和黑洞之间的 碰撞——但其中一个物体看起来有点不寻常。它太大而不能成为中子星，太小而不能成为黑洞。未知物体仍然是个谜，这意味着GW200105和GW200115将载入史册。

澳大利亚莫纳什大学的天体物理学家、LIGO 合作项目的成员罗里·史密斯 (Rory Smith) 补充说：“这是第一次真正可靠地探测到中子星与黑洞合并。”

黑洞和中子星是奇怪的物体。它们是死亡恒星的遗物，在恒星生命结束时形成。恒星的大小会影响其生命的终结。如果它是一颗小恒星（小到“比我们的太阳质量大 10 倍左右”），它会坍缩成一颗非常致密的“僵尸星”，即中子星。如果它是一颗大恒星，它就会坍缩成一个黑洞。两者都是众所周知的和研究过的对象，但它们仍然包含许多奥秘。

一方面，我们看不到它们的内部。这是一个被广泛讨论的黑洞特性。它们的引力非常强大，以至于当光被吸入时——超过所谓的事件视界——它永远不会回来。但科学家们也不知道中子星的中心发生了什么。他们怀疑这两个物体中都可能发生一些真正奇怪的物理现象。物理定律似乎在它们内部瓦解。

根据史密斯的说法，通过引力波观察物体是一种“恒星古生物学”，因为它可以告诉我们它们的进化历史和它们形成的环境。

当总部位于美国的LIGO和总部位于 意大利的Virgo检测到“啁啾”时，他们正在回顾时间。在啁啾声中有一堆信息，可以告诉天体物理学家碰撞物体的质量以及它们旋转的方式。这些信息对于理解这两个物体是如何相互锁定在死亡之舞中至关重要。

“通过研究这些系统，我们可以更多地了解这些双星系统中黑洞和中子星的生死存亡，”斯科特说。

GW200105（2020 年 1 月 5 日检测到的啁啾声）和 GW200115（2020 年 1 月 15 日检测到的啁啾声）是相似的事件，但碰撞的物体性质略有不同。那些沉闷的科学名称相当混乱，因此我们将它们称为Lenny (GW200105) 和Carl (GW200115)。

研究人员说，莱尼是一个质量约为太阳 9 倍的黑洞与质量约为太阳 1.9 倍的中子星相撞的结果。卡尔通过一个质量约为太阳 6 倍的黑洞与一颗质量约为太阳 1.5 倍的中子星合并而来。莱尼和卡尔在当今是完全不同的野兽。合并发生在距地球很远的十亿年前，而鸣叫声直到最近才传到我们这里。

当我们在这里说“碰撞”或“合并”时，我们并不完全确定当两个对象最终聚集在一起时发生了什么。很长一段时间，他们互相盘旋，被对方的引力困住。最终，他们走到了一起。斯科特将莱尼和卡尔描述为“有点像吃豆人”，黑洞吞噬了中子星。

黑洞也有可能在称为潮汐破坏的过程中“撕碎”中子星。在这种情况下，黑洞会从中子星表面撕下物质并窃取它，在事件视界周围形成一个碎片盘。“那应该会产生电磁信号，”斯科特说。

碎裂的中子星是天体物理学家的金矿。您无法在实验室中制造中子星中存在的物质并对其进行研究，因此这些类型的事件可能会打开一扇窗户，了解其中发生的事情。

莫纳什大学天体物理学家、LIGO 合作成员埃里克·瑟兰 (Eric Thrane) 说：“通过观察中子星如何被黑洞拉开，我们开始了解物质在其最密集状态下的行为方式。” 通过足够的引力波探测，我们或许能够解码它们的特性。

这使得 Lenny 和 Carl 成为许多黑洞-中子星合并中的第一个，帮助揭示了我们宇宙中最极端的物体。

“这些观察有一天可能会揭示新的自然规律，”史密斯说。