科学家观测到中子星与黑洞碰撞产生的引力波

2020年06月28日 09:53 次阅读 稿源:新浪科技 条评论

据国外媒体报道,目前,天文学家发现迄今最奇怪的引力波信号,该发现将有助于科学家们改写对宇宙的认知。当超大质量天体扭曲周围时空并在宇宙释放涟漪时,会形成引力波。2015年,科学家首次发现由两个黑洞碰撞形成的引力波现象。

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最新引力波观测显示,该引力波源自质量严重不对称的碰撞事件。

最新引力波观测显示,该引力波源自质量严重不对称的碰撞事件。

从那时起,引力波的探测变得越来越陌生,科学家迫切希望揭晓其中谜团,目前一支研究小组宣称,首次探测到有比已知最大中子星更大、比已知最小黑洞更小的天体碰撞产生的引力波。虽然对科学家而言,该发现过于复杂,无法精确查明该过程究竟发生了什么,但这一信号带来更多天文观测的希望,该发现甚至预示着未来人们将对超新星爆炸有更新的认识。

图中是通过引力波观测到的天体碰撞事件。图像底部显示了与中子星大小相近的天体,图像顶部显示了黑洞大小的天体,该碰撞事件涉及一个黑洞和较大中子星或者较小黑洞。

图中是通过引力波观测到的天体碰撞事件。图像底部显示了与中子星大小相近的天体,图像顶部显示了黑洞大小的天体,该碰撞事件涉及一个黑洞和较大中子星或者较小黑洞。

研究报告合著作者、美国西北大学引力波天文学家克里斯多夫·贝里(Christopher Berry)说:“这是一个非常奇妙的事情,它将真实改变我们对黑洞和中子星形成的理解,在我们能够获得更多观测结果之前,这仍是一个谜团,但这并不意味着它没有提供更多线索。”

他指出,“我们对该观测结果非常有信心,这是一个非常漂亮的信号,这是一个非常美妙的引力波,当我第一次看到它的时候,我都无法相信,太震撼了!”

2019年8月14日,科学家观测到引力波,当最初的分析表明此次碰撞产生的引力波可能合并了一个黑洞和一颗中子星时,他们对该现象产生更大的兴趣。黑洞和中子星发生碰撞是科学家们一直期待已久的引力波事件,因为迄今为止他们仅观测到黑洞之间碰撞或者中子星之间碰撞。

但随着天体物理学家对这些数据进行更多的分析,他们意识到观测到了更加奇怪的现象,依据科学家对此次合并事件的分析,其中一个碰撞天体——黑洞,其质量大约是太阳的23倍,另一个碰撞天体的质量是太阳的2.6倍。

质量差距之谜

科学家将这两个碰撞天体的大小差距称为“质量差异”:该神秘天体比迄今研究的任何黑洞都小,但比任何已知的中子星更大,其质量大约是太阳的2.5-5倍之间。

研究报告合著作者、美国西北大学天体物理学家维姬·卡罗格拉(Vicky Kalogera)称,黑洞和中子星碰撞合并现象已被预测了几十年,但这个质量怪异的致密天体引起了科学家的浓厚兴趣。尽管我们无法确定该天体的类别,但是我们观测到的要么是最重的中子星,要么是最轻的黑洞,不管怎样,这都刷新了历史纪录。

在其他情况下,科学家在天体真实碰撞产生可观测引力波之前就已确定它们的“身份”,但并非所有观测结果都符合预期,此次科学家并没有发现任何中子星可能产生的光信号,但这并不排除它是中子星的可能性。

图中是艺术家描绘的两个黑洞,一个比另一个质量大9倍,它们螺旋状地相互撞击。

图中是艺术家描绘的两个黑洞,一个比另一个质量大9倍,它们螺旋状地相互撞击。

同时,与科学家迄今研究的黑洞或者中子星“同类碰撞”不同的是,这两个碰撞天体质量相差较大,较大天体质量是较小天体的9倍,这使科学家更难从引力波现象中观测到事件细节。卡罗格拉在一项声明中称,我联想到吃豆人游戏,当质量差距较大的情况下,较小的致密天体可能被黑洞一口吃掉!

引力波很难研究,因为该天文现象距离地球很远,目前科学家观测到的该引力波事件发生在距离地球约8亿光年的区域,这比2017年8月观测到双中子星合并产生引力波的距离远6倍。

由于观测引力波存在诸多挑战,要真正破解宇宙引力波天体质量差异谜团,科学家需要观测更多的碰撞天体,最好是那些并不复杂的碰撞事件,最好两个天体的质量相近。

贝里指出,确定中子星和黑洞之间模糊区域不仅仅是为了达到精确目的,更有助于我们对周边宇宙区域的认知理解。

首先,引力波现象告诉科学家中子星是如何运行的,贝里将中子星称为“终极粒子对撞机”,中子星的物质很难建模,贝里说:“我们在地球上无法模拟中子星,其形成条件太苛刻了,然而其属性将决定中子星的最大体积,也就是大型中子星在什么时候会膨胀,之后坍缩,这一临界点观测将在未来观测研究中进一步验证。

贝里称,理解质量差距将对天体物理学产生重要影响,几十年以来,天体物理模型已经假设在最大中子星和最小黑洞之间确实存在质量差距。如果这个质量差距比之前假设的小得多,或者根本不存在,那么就需要对这些模型进行调整。调整后的模型可以改变我们对宇宙的理解,获得比质量定义自身更广泛的认知。

无论质量差距之谜是否被揭晓,最新观测的新信号都指向引力波的未来研究前景。贝里说:“这证明了我们使用引力波探索宇宙才刚刚开始,我们不知道宇宙空间还有什么,现在我们已观测到一些较常见的天文现象,并且知道引力波的典型实例,但引力波仍具有复杂性,就像丛林中隐藏着神秘的稀有动物,我们仍需努力寻找答案。”

目前,这项最新研究报告发表在近期出版的《天体物理学杂志快报》上。

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