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      最重的中子星或最轻的黑洞:LIGO-Virgo在“质量间隙”中找到神秘物体

      当最大质量的恒星死亡时,它们在自身的重力作用下坍塌并留下黑洞。当质量稍差的恒星死亡时,它们会在超新星中爆炸,并留下密集的,死角的恒星残骸,称为中子星。数十年来,天文学家一直为中子星和黑洞之间的间隙感到困惑:已知最重的中子星不超过我们太阳质量的2.5倍,即不超过太阳质量的2.5,而已知最轻的黑洞约为5太阳质量。问题仍然存在:这个所谓的质量差距是否存在任何问题?

      现在,在美国国家科学基金会的激光干涉仪引力波天文台(LIGO)和欧洲的处女座探测器的一项新研究中,科学家宣布发现了2.6太阳质量的天体,并将其牢固地置于质量缺口中。该物体于2019年8月14日被发现,当时它与23个太阳质量的黑洞合并,产生了LIGO和处女座在地球上发现的引力波飞溅。关于该检测的论文已在“天体物理学快报”上发表。

      西北大学教授Vicky Kalogera表示:“我们一直在等待数十年的时间才能解决这个谜团。” “我们不知道这个物体是已知的最重的中子星,还是已知的最轻的黑洞,但无论哪种方式,它都打破了纪录。”

      “这将改变科学家谈论中子星和黑洞的方式,”威斯康星大学密尔沃基分校教授,LIGO科学合作组织发言人帕特里克·布雷迪说。“质量差距实际上可能根本不存在,但可能是由于观测能力的限制所致。时间和更多的观测将证明这一点。”

      该研究中描述的宇宙合并,一个被称为GW190814的事件,导致了最终的黑洞,大约是太阳质量的25倍(合并后的质量中的一些被转换为引力波形式的能量冲击)。新近形成的黑洞距离地球约8亿光年。

      在两个物体合并之前,它们的质量相差9倍,使之成为万有引力波事件中已知的最极端质量比。最近发生的另一起LIGO-Virgo事件称为GW190412,发生在两个黑洞之间,质量比约为4:1。

      “对于当前的理论模型而言,要形成如此大质量比的紧凑对象对的合并是一个挑战,低质量伙伴位于质量间隙中。这一发现意味着这些事件的发生频率比我们预想的要高得多,这使得真正有趣的低质量物体。” Kalogera解释说。“这个神秘物体可能是一个中子星合并了一个黑洞,这是理论上预期的令人兴奋的可能性,但尚未得到观察证实。但是,在太阳质量的2.6倍的情况下,它超出了现代对中子星最大质量的预测,并且相反,它可能是有史以来最轻的黑洞。”

      最重的中子星或最轻的黑洞:LIGO-Virgo在“质量间隙”中找到神秘物体

      当LIGO和处女座的科学家发现这次合并时,他们立即向天文界发出警报。跟踪了数十个地基和天基望远镜,以搜寻事件中产生的光波,但没有一个接收到任何信号。到目前为止,在称为GW170817的事件中,仅能看到这种与重力波信号对应的光。该事件是由LIGO-Virgo网络于2017年8月发现的,涉及两个中子星之间的激烈碰撞,随后由地球和太空中的数十个望远镜见证了这一事件。中子星碰撞是一团乱七八糟的事情,物质朝四面八方向外抛出,因此有望发光。相反,在大多数情况下,人们认为黑洞合并不会带来光明。

      据LIGO和处女座的科学家们说,由于一些可能的原因,基于光的望远镜没有看到2019年8月的事件。首先,此事件距离2017年的合并交易相距六倍,因此更难拾取任何光信号。其次,如果碰撞涉及两个黑洞,则可能不会有任何光亮。第三,如果该物体实际上是中子星,那么它的质量为黑洞的伴侣的9倍可能就将其吞没了。一个被黑洞完全消耗掉的中子星不会发出任何光。

      “我认为吃豆人会吃一点点,” Kalogera说。“当质量高度不对称时,可以一口吃掉较小的中子星。”

      研究人员如何知道神秘物体是中子星还是黑洞?利用LIGO,处女座以及可能的其他望远镜进行的未来观测可能会捕捉到类似的事件,这将有助于揭示质量差距中是否还存在其他物体。

      LIGO科学合作组织成员,加的夫大学研究生Charlie Hoy说:“这是可能出现的全新紧凑型二进制对象的第一眼。” “真正令人兴奋的是,这仅仅是开始。随着探测器变得越来越敏感,我们将观察到更多这些信号,并且我们将能够查明宇宙中的中子星和黑洞的数量。 ”

      美国国家科学基金会(NSF)引力物理学程序主任佩德罗·马罗内蒂(Pedro Marronetti)说:“ 质量差距几十年来一直是一个有趣的难题,现在我们已经检测到一个恰好适合它的物体。” “在不违背我们对极致密物质或我们对恒星演化的了解的前提下,这是无法解释的。这一观察结果是引力波天文学领域具有变革潜力的又一个例子,每一次引力波都带来了新颖的见解。新检测。”

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