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黑洞撞上中子星:2019年8月14日引力波GW190814冲过地球

黑洞撞上中子星:2019年8月14日引力波GW190814冲过地球

黑洞撞上中子星:2019年8月14日引力波GW190814冲过地球

(神秘的地球uux.cn报道)据cnBeta:引力波穿过时空结构的巨大涟漪,2019年8月14日,一个引力波冲过了地球。美国和意大利的精密微调激光器探测到了这一波,而且它是惊人的,它暗示了一些前所未有的现象:黑洞撞上了中子星。

该信号是激光干涉仪引力波天文台和意大利室女座天文台的引力波科学家们有史以来看到的最强信号之一。探测到后瞬间发出警报,世界各地的天文学家团队将望远镜转向空间中引力波发出的点。但他们的搜索一无所获。没有光,没有X射线,没有红外线,没有伽马射线。该事件令人费解。当科学家们开始仔细研究这些数据时,它变得更加令人费解。周二,来自LIGO和Virgo合作的研究人员在《天体物理学杂志通讯》上详细介绍了他们对这个引力波探测的完整分析,这个引力波被称为GW190814。这是对史诗级宇宙碰撞的首次详细研究,它只会加深谜团。

澳大利亚莫纳什大学的天体物理学家Rory Smith表示:“我认为,GW190814是我们第一次观测到引力波,其中的波源确实令人费解,我在LIGO工作了10多年,这肯定是我们看到的最激动人心的事件之一。”研究的关键是两个LIGO设施和能够探测引力波的处女座设施。像黑洞和中子星这样的极端天体在碰撞时,会在宇宙中发出波。这些设施本质上是在聆听巨大的宇宙巨兽相互碰撞的声音,然后了解它们的物理特征。

史密斯和他的同事一直致力于使用超级计算机模拟这些类型的碰撞,这有助于执行这种反向计算,并可以推断出物体是什么,它们可能的质量和它们的下落。他们使用花哨的并行化算法,可以在一个包含许多数百台,或者数千台独立计算机的超级计算机集群上运行相关分析,如果在你的笔记本电脑上运行同样的分析,大约需要50到100年。

观测结果显示,GW190814中的2个天体在8亿光年外太空深处的一个角落里四处碰撞。这对天体中的一半绝对是一个黑洞,比我们的太阳大23倍左右。但它的舞伴很神秘,另一个天体的质量只有我们太阳的2.6倍左右,这让它处于一个奇怪的位置。它可能是一颗中子星,但它也可能是一个黑洞,但是很难解释黑洞或中子星怎么会在2.6个太阳质量左右。科学家们从未探测到如此轻的黑洞,而中子星预计不会那么重,当它们变得太大时,就会坍塌成黑洞。因此,这个神秘的物体似乎是某种不符合我们目前理解的天体。无论结果如何,它都将改写我们对这两个极端天体之一的认识。

相关报道:科学家观测到中子星与黑洞碰撞产生的引力波

(神秘的地球uux.cn报道)据新浪科技: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。

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。

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。

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。

相关报道:引力波观测到迄今最轻黑洞

(神秘的地球uux.cn报道)据中国科学报(文乐乐):引力波探测器又发现了一次宇宙碰撞—— 一个巨大的黑洞吞噬了一个神秘天体。

据《科学》报道,观测结果由物理学家利用美国激光干涉引力波天文台(LIGO)和意大利室女座探测器(Virgo)获得。这个神秘天体是在2019年8月14日被探测到的,当时它正与一个质量为太阳质量23倍的黑洞合并,产生了引力波,这一合并事件被称为GW190814。6月23日,相关成果在《天体物理学杂志通讯》上发表。

数十年来,天文学家对介于中子星与黑洞之间的“质量间隙”感到困惑:最重的中子星不超过太阳质量的2.5倍(2.5个太阳质量);已知最轻黑洞约是5个太阳质量。而新观测到的神秘天体为2.6个太阳质量,它完全处于理论假设的“质量间隙”之中。

“这个2.6个太阳质量的天体令人震惊,因为它落在了质量间隙中。”LIGO团队成员、美国西北大学天体物理学家Vicky Kalogera说,“我们第一次看到这样的物体。”

LIGO和Virgo目前还无法通过引力波确定它是什么。但核物理表明,当中子星超过2.2个太阳质量时,是无法承受自身重量的。据此,未参与观测的美国马里兰大学帕克分校天体物理学家Cole Miller推测,该物体“几乎可以肯定”是一个黑洞。

在LIGO和Virgo运行之前,唯一的黑洞观测证据来自对银河系大约30个黑洞的研究,每个黑洞都有一颗伴星运行,伴星为黑洞输送热物质。2010年,亚利桑那大学天体物理学家Feryal ?魻zel和同事发现,这些黑洞没有一个质量小于5个太阳质量。所以他们假设在2.5~5个太阳质量间存在一个质量间隙,其中既不存在中子星,也不存在黑洞。

但?魻zel强调,这个概念建基于观察。“有没有一个物理理论说黑洞不能在小于5个太阳质量时形成?”?魻zel说,“我们不这样认为,但在大质量恒星的演化过程中,一定有一些因素使得这一过程非常困难。”

理论学家解释了为何如此——当一颗大质量恒星耗尽氢燃料、核心开始塌缩时,中子星或黑洞都可能形成。如果恒星足够轻,当超新星爆炸时,其核心会塌缩成中子星。然而,如果恒星质量太大,那么其核心将收缩到一个无限小的点,只留下超强引力场:黑洞。理论认为,对于这些重恒星来说,除了最外层,其余部分都会坍塌,从而将黑洞质量提升到5个太阳质量甚至更多。

Miller表示,新的观测结果可能会对质量间隙假设产生影响。作为这一假设最初的支持者之一,?魻zel表示 “新发现非常令人兴奋”,“更重要的是,LIGO和Virgo已经证明了以不同方式形成低质量黑洞是可能的”。

未参与该研究的哥伦比亚大学理论天体物理学家Brian Metzger说,真正的谜团可能是新观测到的两个黑洞的极端质量比。就在几周前,LIGO和Virgo公布了GW190412事件,两个黑洞的质量比约为4:1。而这次发现中,两个黑洞的质量比为9:1。

相关论文信息:https://doi.org/10.3847/2041-8213/ab960f




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