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科学家发现最奇怪引力波信号:由比黑洞小但比最大中子星大的神秘天体碰撞形成

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 Emma Chou • 2020-06-24 17:37:58 来源:前瞻网 E3903G0
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图片来源:N. Fischer, S. Ossokine, H. Pfeiffer, A. Buonanno (Max Planck Institute for Gravitational Physics), Simulating eXtreme Spacetimes (SXS) Collaboration

天体物理学家发现了迄今为止最奇怪的引力波信号,这一发现可能迫使科学家改变他们对宇宙的认识。

当巨大的物体扭曲了它们周围的时空,并在整个宇宙中发出涟漪时,就会形成引力波。2015年,科学家首次发现了这种由两个黑洞碰撞形成的波。

从那时起,引力波的探测变得越来越陌生,科学家们也变得越来越兴奋。现在,一组研究人员宣布,他们首次发现了一种引力波信号,这种引力波信号是由一个比已知的最大的中子星还要大,但比已知的最小黑洞要小的物体碰撞产生的。

尽管对科学家来说,这一发现太过复杂,无法准确地确定到底发生了什么,但这一信号带来了更多奇怪观测的希望。这一发现甚至预示着人们对所谓超新星的大规模恒星爆炸是如何发生的有了新认识。

“这是一个奇妙的事件,它将真正改变我们对黑洞和中子星形成的理解。”西北大学和格拉斯哥大学引力波天文学家、这项新研究的合著者Christopher Berry表示,“在我们能够得到更多的观察结果之前,这仍然是一个谜,但这并不意味着它没有提供信息。”

 “我们对结果非常有信心,这是一个非常漂亮的信号。”他说。“如果你看看数据,就会发现这是一种美妙的、干净的啁啾声。当我第一次看到它的时候,我都不敢相信,太震撼了。”

科学家们在2019年8月14日捕捉到了引力波,当最初的分析表明这次碰撞可能合并了一个黑洞和一个中子星时,他们更感兴趣了。这两个物体的碰撞是科学家们一直热切期待的一种引力波事件,因为到目前为止他们只看到了合并。 

但随着天体物理学家对这些数据进行更多的分析,他们意识到所看到的是更奇怪的东西。根据科学家对这次合并事件的分析,其中一个碰撞物体的质量大约是我们太阳的23倍,这是一个黑洞,另一个大约是我们太阳的2.6倍,但是什么尚不清楚。

神秘质量之差 

这个尺寸就是科学家们所说的质量差距:这个物体比迄今为止研究的任何黑洞都要小(大约是太阳质量的5倍),但也可能比任何已知的中子星大(大约是太阳质量的2.5倍)。

西北大学天体物理学家、合著者Vicky Kalogera在一份声明中说:“黑洞和中子星混合性质的合并已经被预测了几十年,但是这个在质量差距中的致密物体完全是一个惊喜。”“尽管我们无法确定该物体的类别,但我们看到的要么是已知最重的中子星,要么是已知最轻的黑洞。不管怎样,它都打破了纪录。” 

在其它情况下,科学家或许已经能够确定在产生可观察到碰撞之前这个物体到底是什么。但命运在这里并不配合。科学家们没有发现任何中子星可能产生的光信号——但这并不排除它可能是中子星的可能性。

而且,与科学家迄今为止研究的通常质量匹配良好的碰撞不同,这两次碰撞极不均匀,较大的物体的质量大约是较小物体的9倍,这使得科学家更难从引力波啁啾中看到事件的细节。Kalogera在声明中说:“我想到了吃豆人在吃一个小点。当质量高度不对称时,较小的致密物体可以被黑洞一口吃掉。”

这个事件也很难研究,因为它离我们很远。这次碰撞似乎发生在距离地球约8亿光年的地方,这比2017年8月伴随闪光检测到的中子星合并要远6倍。

由于这些挑战,要真正破解宇宙质量差距的奥秘,科学家们将需要在更多的碰撞中观察这些边界物体,最好是那些不那么复杂、难以分析的碰撞。

Berry说,确定中子星和黑洞之间的模糊区域不仅仅是为了精确,它将改变我们对周围宇宙的理解。

首先,它将告诉科学家们中子星是如何工作的——Berry称之为“终极粒子对撞机”。“中子星的物质很难建模。”他说,“我们在地球上无法模拟,条件太极端了。”但这种物质的性质将决定中子星的最大大小,也就是大型中子星在什么时候变得太大而坍缩,这一边界将由像这项新研究这样的观测帮助确定。

Berry说,理解质量差距将对天体物理学产生影响,其影响将远远超出观测范围。几十年来,天体物理模型已经假设在最大的中子星和最小的黑洞之间确实存在差距。如果这个差距比之前假设的要小得多,或者根本不存在,那么就需要对这些模型进行调整。Berry说,这些调整后的模型可以改变我们对宇宙的理解,比质量差距说定义本身更广泛。

Berry说,无论质量差距之谜如何揭开,这个新的信号指向引力波观测的丰富未来。

“这证明了我们用引力波来探索宇宙才刚刚开始。”他说。“我们不知道外面有什么。我们已经看到了一些更常见的来源,我们知道了引力波的典型类型。但整个复杂性,丛林中的稀有动物是什么,我们仍在努力寻找答案。”

这一研究于6月23日发表在《天体物理学杂志通讯》上。

编译/前瞻经济学人APP资讯组

参考资料:

https://www.space.com/smallest-black-hole-biggest-neutron-stary-mystery-object.html

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