宇宙最奇特的 2 種天體交會,首證實探測到黑洞吞噬中子星重力波

作者 | 發布日期 2021 年 06 月 30 日 14:14 | 分類 天文 , 航太科技 Telegram share ! follow us in feedly


宇宙重力波三大主要來源:雙黑洞合併、中子星合併、黑洞吞噬中子星,如今終於全部在探測儀的追捕下現形了。科學家首度證實,10 億光年外發現 2 個黑洞各自吞掉中子星的致命時刻,於重力波天文學這個新興研究領域中立下新的里程碑。

自 2017 年首度發現愛因斯坦根據廣義相對論所預言的重力波以來,短短 5 年內科學家已找到 50 個雙黑洞碰撞、雙中子星碰撞釋放之重力波事件,隨著重力波訊號收集越多,科學家可以開始更仔細推敲宇宙中黑洞與中子星數量;分析雙黑洞合併,可以推斷黑洞質量不單純遵循簡單的冪律分布;還可以透過發現某些合併黑洞的自旋與軌道角動量未對齊,思考黑洞如何形成的問題。

理論上,重力波有 3 個主要來源,除了雙黑洞合併與雙中子星合併,第三個也是最難探測的來源為黑洞吞噬中子星。雖然科學家在前年疑似收集到中子星與黑洞碰撞的訊號,但最終未得到證實,直到 2020 年 1 月,LIGO-Virgo 探測器觀測到來自 2 個聯星螺旋系統的重力波事件 GW200105、GW200115,經過西北大學、麻省理工學院等在內的團隊全力分析後,證實此 2 個訊號來自黑洞與中子星組成的聯星系統,中子星最後走到盡頭,被黑洞夥伴一口吞噬。

GW200105 事件於 2020 年 1 月 5 日探測到,是質量約太陽 9 倍的黑洞吞掉質量約太陽 1.9 倍的中子星伴星,發生在約 9 億年前,合併產生的重力波一直到 2020 年才抵達地球;GW200115 事件更古老,發生在約 10 億年前,為 6 倍太陽質量的黑洞吞掉 1.5 倍太陽質量的中子星伴星。

現在,我們終於握齊宇宙所有緊湊系統釋放的重力波來源。根據這 2 個事件,研究團隊估計距離地球 10 億光年內,黑洞吞併中子星現象平均每月會發生一次。

雖然科學家還不知道中子星與黑洞如何相遇並配對成聯星系統,可能同時形成,前身都是大質量恆星爆炸,其中一顆恆星坍縮成黑洞,另一顆形成中子星;也可能分開形成,但在一個擠滿中子星與黑洞的區域相遇。

此外,原本科學家預期黑洞會將中子星撕成碎片,以至於產生可被望遠鏡觀測到的光,然而 GW200105 與 GW200115 事件都未捕捉到光芒,也沒有證據表明中子星被黑洞扭曲變形,這可能說明黑洞捨去細嚼慢嚥過程,直接吞下整個中子星。

如果未來能發現黑洞粉碎中子星,將有助於研究人員進一步確定中子星的超緻密特性。LIGO-Virgo 探測器下一次觀測將於明年夏天開始,科學家將進一步開始尋找新類型的重力波,比如來自超新星爆炸、中子星旋轉引發的微弱重力波。

新論文已發表在《天文物理期刊通訊》(Astrophysical Journal Letters)。

(首圖來源:LIGO

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