宇宙重力波三大主要来源:双黑洞整合、中子星整合、黑洞吞噬中子星,如今终于全部在探测仪的追捕下现形了。科学家首度证实,10亿光年外发现2个黑洞各自吞掉中子星的致命时刻,于重力波天文学这个新兴研究领域中立下新的里程碑。
自2017年首度发现爱因斯坦根据广义相对论所预言的重力波以来,短短5年内科学家已找到50个双黑洞碰撞、双中子星碰撞释放之重力波事件,随着重力波信号收集越多,科学家可以开始更仔细推敲宇宙中黑洞与中子星数量;分析双黑洞整合,可以推断黑洞质量不单纯遵循简单的幂律分布;还可以通过发现某些整合黑洞的自旋与轨道角动量未对齐,思考黑洞如何形成的问题。
而理论上,重力波有3个主要来源,除了双黑洞整合与双中子星整合,第3个也是最难探测的来源为黑洞吞噬中子星。虽然科学家在前年疑似收集到中子星与黑洞碰撞的信号,但最终未得到证实,直到2020年1月,LIGO-Virgo探测器观测到来自2个联星螺旋系统的重力波事件GW200105、GW200115,经过西北大学、麻省理工学院等在内的团队全力分析后,证实此2个信号来自黑洞与中子星组成的联星系统,中子星最后走到尽头,被它的黑洞伙伴一口吞噬。
GW200105事件于2020年1月5日探测到,是一个质量约太阳9倍的黑洞吞掉质量约太阳1.9倍的中子星伴星,发生在约9亿年,它们整合产生的重力波一直到2020年才抵达地球;GW200115事件更加古老,发生在约10亿年前,为一个6倍太阳质量的黑洞吞掉1.5倍太阳质量的中子星伴星。
现在,我们终于握齐宇宙中所有紧凑系统释放的重力波来源。根据这2个事件,研究团队估计在距离地球10亿光年范围内,黑洞吞并中子星现象平均每月会发生一次。
虽然科学家们还不知道中子星与黑洞如何相遇并配对成联星系统,它们可能同时形成,前身都是大质量恒星爆炸,其中一颗恒星坍缩成黑洞,另一颗形成中子星;它们也可能分开形成,但在一个挤满中子星与黑洞的区域中相遇。
此外,原本科学家预期黑洞会将中子星撕成碎片,甚至于产生可被望远镜观测到的光,然而GW200105与GW200115事件都未捕捉到光芒,也没有证据表明中子星被黑洞扭曲变形,这可能说明黑洞舍去细嚼慢咽过程,直接吞下整个中子星。
如果未来能发现黑洞粉碎中子星,将有助于研究人员进一步确定中子星的超致密特性。LIGO-Virgo探测器下一次观测将于明年夏天开始,科学家将进一步开始寻找新类型的重力波,比如来自超新星爆炸、或来自中子星旋转引发的微弱重力波。
新论文已发布在《天文物理期刊通信》(Astrophysical Journal Letters)。
(首图来源:LIGO)