美國激光干涉引力波天文台(LIGO)公佈,科學家首次觀測到黑洞吞噬中子星的引力波爆發事件。更加神奇的是,這種劇烈的合併事件僅僅在十天後又在宇宙另一個區域再次發生。

這項新觀測揭示了宇宙中天體重組的劇烈變化。

黑洞是一種非常極端的天體,其引力之強以至於光都無法從中逃脫,因此它不會發光或者反射光,看起來就是一片漆黑的區域,所以被稱為黑洞。而中子星也是一種極端天體。它往往是巨大恆星在生命結束時爆炸所殘留的遺骸,密度極高。這種星體完全由中子組成,僅僅一立方厘米的物質就可以重達十幾億噸。

可以想像,這麼極端的兩種天體一旦合併,會造成多麼劇烈的變化。而這種變化最直接的體現就是引力波。

引力波是時空的漣漪。像黑洞和中子星這樣的極端天體會對周圍的時空造成影響。而當黑洞吞噬中子星時,就會造成強力的時空震盪。這種震盪會以引力波的形式在宇宙中傳播,如果它恰好經過地球,就會被引力波天文台發現。

根據本周二(2021年6月29日)發表在《天體物理學雜誌快報》上的論文,兩次黑洞吞噬中子星的引力波信號於2020年1月首次被發現。這為科學家提供了全新的視角來看待這種前所未見的宇宙大災變。

「這是首次探測到黑洞和中子星之間的合併。」西北大學研究生、論文合著者之一的蔡斯·金博爾(Chase Kimball)說,「簡單來說,黑洞吃掉了中子星,變得更胖了。」

天文學家此前曾觀察到黑洞合併以及中子星對撞,但從未見過黑洞吞噬中子星。

「我們長期以來一直認為它們存在​​,但這是第一次直接確認,它將有助於微調關於我們宇宙中雙星系統以及它們如何相互作用的未來天體物理模型。」金博爾說。

合併事件和隨之而來的引力波提供了一個罕見的觀測機會,像黑洞中子星合併這樣的災難性的宇宙爆炸如何影響時空的膨脹和收縮。這是引力波天文學這個新生領域以前從未見過的觀察結果。

「這只是時間問題。」路易斯安那州立大學的加布里埃拉·岡薩雷斯(Gabriela Gonzalez)教授說。她解釋說,最終會看到類似這樣的事件。但令人驚訝的是,兩次觀測僅僅間隔十天。

2020年1月5日,LIGO與意大利的引力波探測器Virgo合作,探測到第一個與距離地球約9億光年的黑洞中子星合併事件。而第二個引力波是在距離地球更遠的地方探測到的,發生於2020年1月15日。

由於黑洞似乎幾乎立即吞沒了中子星,金博爾說,天體物理學家需要更多地觀察這種「罕見」的耦合,以了解更多關於它的特徵。

「根據我們所知道的,我們非常確定,對於這些特定的系統,中子星會在不發出任何光的情況下墜入黑洞,不會被撕成碎片。」西北大學的博士後瑪雅·菲什巴赫(Maya Fishbach)說,「我希望有更多的事件讓我們看到來自同一合併事件的引力波和光波,這真的很令人興奮。」

「它們是如何旋轉的?中子星究竟有多大?為甚麼我們從未在銀河系中觀察到這一點?」金博爾說,「還有很多東西要學。」#

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