引力波揭示中子星和神秘天体之间的首次合并

By Sharmila Kuthunur

2024/4/13 

The Universe

该天体正好落入这个质量间隙内，揭示一个长期寻求的模糊王国。

一个轻重量黑洞（灰色）和一颗中子星（橙色）的描画。发射的引力波被以从深蓝色到青色颜色显示。 (Image credit: I. Markin (Potsdam University), T. Dietrich (Potsdam University and Max Planck Institute for Gravitational Physics), H. Pfeiffer, A. Buonanno (Max Planck Institute for Gravitational Physics))

天文学家于4月5日宣布，他们可能探测到一颗中子星和一个轻重量神秘天体之间的碰撞，一个比已知最大的中子星更大但比已知最小的黑洞更小的天体。这一发现揭示存在于这个模糊的王国中的天体，长期以来这被认为是空的但近年来已经揭示另外的。

 更特别的是，在一个距离地球约6.5亿光年的宇宙口袋中探测到的一个信号表明一颗中子星与天文学家怀疑是一个令人惊讶轻重量的黑洞之间一个罕见的合并。大约6.5亿年前这一对会已经围绕彼此跳舞并合并，在空间和时间的织造中产生叫引力波的涟漪。2023年5月29日，这些波被在日本、意大利和美国与激光干涉仪引力波天文台处女座卡格拉（LVK）合作相关的一个天线网络感应到并标记。

加拿大不列颠哥伦比亚大学（UBC）的激光干涉仪引力波天文台研究员伊凡戈埃茨告诉太空网站，“这些是罕见的事件。作为第一个此类事件社区来研究是非常令人兴奋的” 。

这个候选黑洞比我们的太阳更重约2.5至4.5倍，比一颗中子星的2.5个太阳既定限制更重但比已知最轻的黑洞更轻，后者重约5个太阳质量。这将新发现的天体置于“质量间隙”内，一个将最重的中子星与最轻的黑洞分隔开来的神秘区域。

阿德勒天文馆的天体物理学家迈克尔·泽文在一份声明中说，这一发现“暗示这个‘质量间隙’是比天文学家之前想的更不空的”。

大和小黑洞都被从巨大大质量恒星的剧烈死亡诞生。然而，几个恒星如何演化的模型预测质量在这个“质量差距”内的黑洞不能直接的从这种恒星死亡形成。

戈埃茨说，“用这些观测，现在出现这确实是可能的”。他说，也许天文学家需要来调整模型——或者可能“我们真的有一个一颗重中子星演化成一个黑洞的更复杂的演变” 。

他说，“只是仅从这一个例子很难知道”。

2020年初，天文学家宣布首次被一个涉及刚好在这个质量间隙范围内的恒星残骸碰撞创造的引力波的结论性的探测。然而，当时发现团队不能确信的分类该天体，得出它可能要么是已知最大的中子星要么可能是已知最小的黑洞的结论。

至于这个最新的发现，天文学家说他们不能够定下猛犸象天体在天空中合并的地方，因为当这个信号被检测到时只有一个激光干涉仪引力波天文台处女座卡格拉（LVK）合作探测器在记录数据。尽管如此，这一发现已经提高了在那里可能还有许多更多这样的质量间隙天体等待被发现的希望。

加拿大不列颠哥伦比亚大学的激光干涉仪引力波天文台研究员海瑟尔冯告诉太空网站，“我们可以发现潜在的更多的和更多的期待”。

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在一个短暂的维护中断后，激光干涉仪引力波天文台处女座卡格拉探测器于4月10日重新开始了测量空时中的涟漪。激光干涉仪引力波天文台团队预计到2025年2月将观测到200多个引力波信号，包括一些在难以捉摸的质量间隙范围内的天体的暗示。

这一发现在周五（4月5日）发表在美国物理学会会议上，正在等待同行评审。

编辑更新4/11：这是第一次确认的一个质量间隙天体和一个中子星之间的合并；过去已经探测到黑洞和中子星之间的合并。本文已被更新来反映这一点。