当一颗中子星遇到一个质量更大的黑洞时，科学家以为这两个天体会相互螺旋环绕，就像月亮绕地球运动那样。但最终，黑洞像“吃豆人”一样吞下了中子星。6月29日，一篇发表在《天体物理学杂志快报》的论文宣布了这一发现，文中称“这一发现记录了宇宙中两个最极端、最神秘的物体的碰撞”，以及“当两者合并时，宇宙的结构是如何被搅乱的。”

一、黑洞和中子星

1916年，德国天文学家卡尔·史瓦西通过计算得到了爱因斯坦场方程的一个真空解，这个解表明，如果一个静态球对称星体实际半径小于一个定值，其周围会产生奇异的现象，即存在一个界面——“视界”，一旦进入这个界面，即使光也无法逃脱。这个定值称作史瓦西半径，这种“不可思议的天体”被美国物理学家约翰·阿奇博尔德·惠勒命名为“黑洞”。

黑洞是由质量足够大的恒星在核聚变反应的燃料耗尽而死亡后，发生引力坍缩产生的。其实黑洞并不“黑”，只是无法直接观测，但可以借由间接方式得知其存在与质量，并且观测到它对其他事物的影响。

黑洞和中子星都是死亡恒星的遗物，在恒星生命结束时形成。恒星的大小会影响其生命的终结。如果它是一颗小恒星（小到“比我们的太阳质量大 10 倍左右”），它会坍缩成一颗非常致密的“僵尸星”，即中子星。中子星致密到什么程度呢？“挖一小勺就有10亿吨重。”如果它是一颗大恒星，它就会坍缩成一个黑洞。它们都是众所周知且被重点研究的对象，到目前仍然包含许多奥秘。

二、引力波探测

黑洞“吞食”中子星是天文学家通过引力波探测到的，标志着引力波研究的最新进展。引力波是通过剧烈碰撞产生并在太空中传播的波，爱因斯坦在一个多世纪前就预言了引力波的存在，尽管他也对自己的理论有一些怀疑。

自从 2015 年人类首次探测到引力波以来，它就成为了人类了解宇宙的新窗口。如果说以往人类是在用电磁波“看”宇宙的话，引力波探测技术则像是给了人类“听”见宇宙的能力。GW150914 让人类首次发现了双黑洞合并事件，GW170817 则让人类探测到了双中子星合并事件，3 位主导引力波探测计划的物理学家也被授予了诺贝尔物理学奖。

到今天，人类通过引力波确认的黑洞数量已经超越了以往任何一种手段所发现的。人类有能力统计这些恒星墓地的质量分布，甚至找到了一丝破解中等质量黑洞之谜的方法。不过，在致密天体合并的拼图中，中子星和黑洞的合并一直是缺失的一块。

三、黑洞吞食中子星的发现过程

引力波探测器先后两次记录到两起黑洞吞食中子星的信号，是在今年1月份相距10天的时间段内，当然，这两次吞食事件发生在距地球很远的十亿年前，只是它们产生的引力波用了这样长的时间才传播到地球这里。

2020 年 1 月 5 日，美国激光干涉引力波天文台（LIGO）首先探测到了 GW200105。LIGO 在美国路易斯安那州和华盛顿州分别有两个观测台站，不巧的是，当天位于华盛顿州的探测器正在下线维护，因此只有位于路易斯安那州的探测器探测到了这次引力波事件。此外，位于意大利的欧洲“处女座”引力探测器（Virgo）虽然也在观测，但是此次引力波事件对 Virgo 探测器来说太弱，难以从噪声中分离出来。对来自单个 LIGO 探测器的数据展开分析后，研究团队确认这一引力波信号是由一个8.9 倍太阳质量的黑洞和一个1.9 倍太阳质量的天体合并产生的。天文学家还确认这个 1.9 倍太阳质量的天体是一颗中子星，此次合并发生在9 亿光年之外。

由于只有一个探测器检测到了 GW200105 的信号，如同只有一只耳朵接收到声音信号，天文学家难以精确定位引力波的来源。

黑洞-中子星合并艺术图

好在仅仅 10 天之后，GW200105 信号的遗憾就得到了弥补。1 月 15 日，全部三个大型引力波探测器——两个LIGO探测器和Virgo探测器——都探测到了被命名为 GW200115 的引力波信号。进一步的分析显示，这个引力波信号来自一次10 亿光年外的黑洞—中子星合并事件，事件的主角分别是一个5.7 倍太阳质量的黑洞，以及一个1.5 倍太阳质量的中子星。同时，由于这三个探测器距离较远，科学家能比较精确地判断引力波来源于哪些方向。

尽管在这两次观测之后，天文学家立即对相应目标区域进行了多波段观测，但在所有波段上都没有观测到来自这两个事件的电磁波，这与引力波观测结果相符合。当中子星靠近黑洞时，理论上它会被潮汐力撕裂，从而产生一阵闪光。但是在观测到的这两个事件中，黑洞的质量都比中子星大得多，黑洞可以一次性把中子星整个“吞下”，不留下任何痕迹。

四、新发现的意义

发现黑洞与中子星合并这一事件，有着很重要的意义。它能告诉我们在致密天体形成和双星演化的物理模型中，哪种天体占多数，而这一问题的本质是对中子星和黑洞相互合并率的预测。

由于两次合并事件在 10 天之内接连发生，天文学家也能对此类合并事件发生的频率做出估计。尽管还有很多合并事件没有被检测到，但天文学家估计在 10 亿光年内，大约每个月都会发生一起黑洞-中子星合并事件。

至于这两个黑洞-中子星双星系统是从何而来的，天文学家们则有不同的猜想。一种假说认为，这种系统是由一对恒星相互绕转的系统演化而来。在这一系统到达演化末期时，其中一颗恒星会变成黑洞，另一颗则变成中子星，但它们仍然保持相互绕转，直到两者合并。而另一种假说则认为这是一个动态的过程，两个天体在致密星区中分别独立形成，随后它们组成双星并且合并。

关于中子星和黑洞，还有太多太多的未知之谜——它们的半径能在什么范围内变化？它们的自转速率能有多快？它们如何成为双星并最终合并？随着引力波数据的不断积累，对这些数据的统计分析或许能回答这些问题。科学家们希望能从中理解这些宇宙中最极端的天体是如何产生的。

另外，碎裂的中子星是天体物理学家的金矿，因为人类无法在实验室中制造中子星中存在的物质并对其进行研究。通过观察中子星如何被黑洞拉开，科学家们或许可以了解物质在其最密集状态下的行为方式。通过足够的引力波探测，或许能够解码它们的特性。

看上去平坦无垠的宇宙，其实一刻不停地在发生着波澜壮阔的大事件。对这些事件的发现和了解，对认识宇宙、探究宇宙的起源和演变历程，意义重大。