科学家第一次看到黑洞吞噬中子星 在时空中产生的独特涟漪

　　经过四年多的探索，科学家们终于发现了第三种预期的碰撞。

　　碰撞的新味道包括一个黑洞和一个中子星，使它成为各种各样的混合体。科学家们已经观察到数十对黑洞的合并，以及一对中子星的合并，即超高密度的恒星尸体。但是科学家们预测的黑洞和中子星之间的碰撞并没有被明确地检测到。

　　现在，研究人员说他们已经做到了，观察了这种碰撞在时空中产生的独特涟漪。

　　法国蔚蓝海岸天文台的 CNRS 研究员阿斯特丽德·兰伯特 （Astrid Lamberts） 在一份声明中说：“通过在我们银河系外发现中子星，黑洞合并的新发现，我们发现了缺失的双星类型。” “我们终于可以开始了解这些系统中有多少存在，它们合并的频率，以及为什么我们还没有在银河系中看到例子。”

　　两次新的探测都是在 2020 年 1 月进行的，相隔仅 10 天，根据观察到的日期，这次碰撞现在被称为 GW200105 和 GW200115。一个由双激光干涉引力波天文台（LIGO） 探测器和欧洲类似的 Virgo 探测器探测到，另一个仅被 LIGO 探测器和 Virgo 探测器之一探测到。（该合作伙伴关系现在还包括日本的一个名为 KAGRA 的探测器，但该设施仅在 2020 年 2 月才开始观测。）

　　GW200115 被所有三个设施特别好地检测和观察到。科学家们认为，它涉及一个质量接近太阳质量六倍的黑洞吞噬一颗质量比太阳大一半的中子星，并且合并发生在距离我们 6.5 亿到 15 亿光年之间

　　GW200105 并未被确切地探测到，但科学家们怀疑它是一个质量约为太阳 9 倍的黑洞与一颗质量约为太阳两倍的中子星之间的合并，该中子星距离约 5.5 亿和 13 亿光年

　　科学家们还不确定这些混合合并是否会产生可见光信号（就像中子星对合并那样）或不（如双黑洞合并的情况）。

　　天文学家无法将这些新的引力波探测与光波的观测相匹配，但这并不一定意味着没有相应的闪光。对于不太精确的探测，科学家们只能将源的位置缩小到天空的 17％ 左右；为了进行更精确的探测，科学家们仍在面对一个相当于 2,900 个满月的区域。此外，在距离碰撞如此遥远的地方，任何光线在到达地球时都会变得非常暗淡。

　　然而，科学家们确实怀疑，至少对于这些特定的合并，没有可见的光信号。

　　威斯康星大学密尔沃基分校的物理学家、LIGO 科学合作组织的现任发言人帕特里克·布雷迪 （Patrick Brady） 在一份声明中说：“这些事件并不是黑洞吞噬像饼干怪兽这样的中子星并四处乱扔碎片的事件。”“那种‘四处飘荡’会产生光，我们认为在这些情况下不会发生这种情况。”

　　这两个事件标志着科学家们第一次看到合并，并确信它代表了一对混合。然而，对于之前的两次探测，同样的情况是可能的，尽管天文学家无法确认。其中一个于 2019 年 8 月探测到的事件代表一个大黑洞，它要么是已知最大的中子星，要么是已知最小的黑洞。四个月前检测到的另一个事件可能是混合对合并——但可能只是探测器中的噪声。

　　鉴于 2020 年 1 月的两次观测结果，科学家们现在预测，在距地球 10 亿光年的范围内，黑洞和中子星之间每月会发生一次合并。

　　科学家们对这种合并如何发生有两种理论。一个是双星的每个成员独立地变成超新星，爆炸并形成两个最终合并的致密残骸。另一种理论认为，不同的恒星经历了超新星爆炸，然后建立了二元关系。

　　两次新的碰撞观测不足以确定发生了什么，但科学家们确实希望引力波探测最终能解决这个难题。

　　伊利诺伊州西北大学博士后玛雅菲什巴赫说：“我们对中子星和黑洞还有很多不了解——它们可以变得多小或多大，它们旋转的速度有多快，它们如何配对成合并伙伴。”该研究的合著者在一份大学声明中说。“有了未来的引力波数据，我们将有统计数据来回答这些问题，并最终了解我们宇宙中最极端的物体是如何形成的。”

　　双 LIGO 探测器 Virgo 和 KAGRA 都在为合作伙伴关系的第四次观测运行做准备，计划于明年夏天开始。科学家们表示，这项工作可以看到这种伙伴关系每天探测到一个引力波信号，让科学家们能够了解更多关于宇宙中正在发生的事情的信息，就像这些戏剧性的合并一样。

　　“每次碰撞不仅仅是两个巨大而致密的物体的碰撞。它真的很像吃豆人，一个黑洞吞噬了它的整个伴生中子星。”澳大利亚国立大学的物理学家和合著者苏珊斯科特关于这项研究，在一份大学声明中说。“这些碰撞已经动摇了宇宙的核心，我们已经探测到它们在宇宙中产生的涟漪。”