新结果显示 黑洞一口吞下中子星

　　科学家们第一次毫无疑问地观察到黑洞和中子星之间不是一次而是两次碰撞。这两次独立的合并发生在2020年1月，相隔10天，由激光干涉仪引力波观测站(LIGO)和处女座设施看到，它们探测不可见的引力波。

　　这一成就标志着期待已久的一系列事件的完成引力波干涉仪：黑洞-黑洞碰撞，中子星-中子星碰撞，现在，终于，黑洞-中子星碰撞。虽然LIGO和处女座之前的合作确定了两个候选人对于这种类型的合并2019年，这些事件的不确定性排除了任何明确的发现主张。然而，这一次，黑洞吞噬中子星的信号是明确无误的。

　　哥伦比亚大学天体物理学家、LIGO合作者、宣布这一发现的研究报告的合著者zsussa márka说：“这并不令人惊讶，但它就像‘终于来了’。”这篇论文在6月29日发表。

　　2020年的每一次碰撞都独立发生在截然不同、相距甚远的天空区域，距离地球的距离也非常遥远。一次是在1月5日，涉及一个质量比太阳大近9倍的黑洞和一颗质量几乎是我们恒星两倍的中子星。另一个发生在1月15日，涉及一个质量为5.7个太阳的黑洞和一颗重量为太阳1.5倍的中子星。根据这两次碰撞发生的短暂时间，物理学家现在估计黑洞和中子星之间的合并大约每月在太阳系十亿光年内的某个地方发生一次。

　　阿尔伯特·爱因斯坦（Albert Einstein）1916年对引力波的预测，即由极其巨大物体的运动引起的时空涟漪，自2015年以来为物理学家带来了成果。那年9月，LIGO探测到两个黑洞碰撞产生的引力波。随后，LIGO的能力得到升级，意大利的处女座和日本的神冈引力波探测器（KAGRA）加入了引力波的探测——导致对双星黑洞合并的更多观测，并在2017年首次探测到双星中子星碰撞。西北大学天体物理学研究生、该研究的合著者蔡斯·金博尔说：“在某种程度上，对一颗与黑洞结合的中子星的观测完成了我们的收集。”

　　LIGO、处女座和卡格拉的干涉仪都由两臂组成，两臂会因为经过的引力波的扰动而轻微“摆动”。马尔卡说，在2020年的两次事件中，这些摆动产生的信号——迷人的啁啾声——非常引人注目，尤其是在1月5日第一次合并的情况下。“这绝对是一个美丽的啁啾事件。”她补充道。

　　LIGO合作者、6月29日研究的合著者、德国马克斯·普朗克引力物理研究所所长亚历山德拉·布南诺说：“2019年4月和8月早期的干涉仪观测作为潜在的黑洞-中子星合并引起了科学界和媒体的关注。”然而，这两起事件的具体情况削弱了人们对其指认的信心，而最近的信号更为明确。具体来说，2019年4月的信号并不清楚，可能是探测器噪音的结果，而2019年8月碰撞中涉及的一个物体落入了“质量间隙”，这是一个理论范围，在这个范围内，黑洞和中子星都不被认为存在。如果这样一个物体是中子星，它将是有记录以来最重的。如果这是一个黑洞，它将是迄今为止发现的最轻的黑洞。困惑的是，研究人员仍在争论他们到底看到了什么。然而，因为每一次合并都是一次性的，所以不可能从那个遥远的事件中获得更多的信息来给出一个明确的答案。

　　通常，研究这些合并的天体物理学家也希望看到一个事件伴随的电磁辐射——除了宇宙大灾难产生的引力波之外，还有一些天体光的火花。然而，这一次没有这样的运气：新罕布什尔大学的物理学教授弗朗索瓦·福卡特（Fran？ ois Foucart）说，2020年的两次观测被定性为中子星——仅基于引力波而不是任何电磁信号的黑洞合并，他没有参与这项研究。

　　在2020年的观测之前，物理学家不确定这种合并会发生什么——如果质量更大的黑洞像吃豆人一样一口吞下中子星，或者相反，它的潮汐力会在像龙卷风撕裂房屋一样吞没中子星之前撕碎它。在后一种情况下，人们会认为黑洞周围会有一堆炽热发光的碎片，高能望远镜可以探测到。Buonanno证实在两次碰撞中都没有观察到发光或其他电磁信号。不过，她补充说，这并不意味着在未来的碰撞中不会观察到这种基于光的对应物，因为它们的产生取决于黑洞和中子星的质量、速度、方向和宇宙环境等因素。

　　金博尔说：“这一发现也让科学家们离了解这些类型的二进制文件是如何形成的又近了一步。也许这两对祖先中的每一对都出生了，并作为明星一起度过了他们的一生。或者，它们可能在作为球状星团成员的相对寿命较晚时开始相互环绕——这种星团的中心包含密集的恒星群。”他补充说：“仅仅这两次合并并不能给我们答案，但希望最终对更大数量黑洞——中子星碰撞——的统计研究将揭示哪种途径更常见。”

　　福卡特说：“未来对这些合并的观察也可能揭示另一个谜的线索:我们的宇宙是如何充满黄金、铂和其他更重的元素的。”他补充说：“大约一半比铁重的元素是在大规模宇宙碰撞或爆炸中形成的，对黑洞频率的更好理解——中子星合并将告诉我们它们产生的较重元素在宇宙分配中占多大比例。”

　　目前，LIGO和处女座探测器正在升级，为2022年6月后开始的观测做准备。日本的探测器KAGRA将为此上线。福卡特说：“这些更新将提高探测器的综合能力，以精确定位天空中发生事件的精确点，进而帮助天文学家用传统望远镜扫描天空的正确区域，试图捕捉电磁对应点。”

　　“第一次看到这些中子星——黑洞只是这个群体的冰山一角。”Buonanno说。