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新引力波发现或证实黑洞在撕碎一中子星

2020-03-16 14:19:07  来源:科技日报

引力波“猎手”或许已经捕获他们最奇异的猎物!据美国《科学》杂志网站近日报道,美国东部时间8月14日17时10分39秒,美国和意大利的3台巨型探测器探测到了一次奇异事件,分析表明,这显然是由一对黑洞和中子星在约9亿光年之外相互运动并合产生的一束引力波脉冲。

中国科学院国家天文台研究员张承民对科技日报记者说:“此前,科学家们曾观测到黑洞—黑洞并合以及中子星—中子星并合产生的引力波,但从未发现过黑洞—中子星的并合,新发现有望进一步揭示中子星的秘密。如获证实,将是一个诺奖级的发现。”

奇异事件“现身”

报道指出,此次新发现由位于美国的激光干涉仪引力波天文台(LIGO)和位于意大利的“室女座”(Virgo)天文台共同完成。LIGO发言人帕特里克·布拉迪说:“如果这一结论被证实的话,将是一个巨大的里程碑。”

据悉,2015年9月,科学家们首次探测到了两个位于13亿光年之外、质量为太阳质量几十倍的黑洞并合产生的引力波。2017年8月,“室女座”探测器加入到这场引力波信号的追捕行动中。几天之内,这3台探测器发现了两颗中子星并合产生的引力波。

现在,LIGO和Virgo可能已经发现了黑洞和中子星的并合。LIGO成员维基·卡洛杰拉说:“看到黑洞撕碎一颗中子星,就能揭示出中子星物质有多坚硬,这是破译中子星结构的关键。”

研究人员通过引力波估算出了这对碰撞体的质量:其中一颗为5倍太阳质量;另一颗(假定是中子星)不足3倍太阳质量,但这一质量并不完全确定。卡洛杰拉说:“也许它不是一颗中子星,也许是一个小黑洞?”

张承民表示,事实上,此前的天文学观测认为中子星的质量不能超过2.2倍太阳质量,但理论家的预言更加乐观,可以达到3.2倍太阳质量。

神龙见首不见尾的“神雕侠侣”

目前科学家借助LIGO和Virgo引力波探测器,已经发现了十多个黑洞—黑洞并合事件,以及2个中子星—中子星并合,今年4月曾经发现过1个疑似黑洞—中子星事件。

但迄今为止,理论学家们仍然不能完全确定黑洞—中子星成对有多么普遍,也不知道它们是如何形成的。模型显示,它们更有可能由大质量恒星对形成,而非由四处游荡的黑洞和中子星以某种方式找到彼此然后结伴形成。

张承民介绍说,理论上,黑洞—中子星系统在宇宙中的数目应该多于黑洞—黑洞系统,但是少于中子星—中子星系统。

但为什么黑洞—中子星系统“现身”得比较少呢?

张承民解释说:“首先,黑洞—中子星碰撞辐射引力波的能量远远小于黑洞—黑洞系统,所以这就是为什么LIGO首先看到了黑洞—黑洞系统;此外,中子星—中子星系统的并合引力波能量虽然不是很高,但其数目具有绝对优势,因此它们也容易被探测到。”

张承民进一步说:“另外,射电望远镜已经观测到18对中子星—中子星系统,其物理性质已经研究得比较清楚,所以判断和认证其观测属性相对容易,而黑洞—中子星系统至今没有观测到,所以其并合性质、物理特征与诞生率只能停留在理论设想,还由于这类系统可能没有光学对应体,这提供给引力波探测器的观测约束比较模糊。所以,黑洞—中子星系统不容易探测。”

或是诺奖级发现

探测到黑洞—中子星并和有何重要意义?

张承民说:“黑洞—黑洞、中子星—中子星这两类是同类致密星体,两者性质一致;而黑洞—中子星系统是两类不同致密星体,这两种星体碰撞可以起到交叉认知的作用,精确了解致密的核物质在宇宙中被物质奇点撕裂时的各种表现,一定有许多意想不到的奇妙现象,这为全面认识宇宙极端状态提供了不可多得的环境。”

张承民继续表示:“此外,黑洞—中子星碰撞的发现为3类致密星体的完整认识画上完美句号,这进一步证实爱因斯坦引力理论的正确,也让我们欣赏了宇宙各种奇观。这一发现一旦获得证实,LIGO与Virgo的科学家将可能再次获得诺贝尔物理学奖。”

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