我们可能有中子星撞击黑洞的证据

探测到引力波并不像三年前第一次探测到那样轰动，但这并不会使它变得不那么引人注目。这些天文台——可以说是人类有史以来建造的最灵敏的仪器——不断向我们揭示宇宙中直到最近才被发现的事件。我们研究过黑洞合并、中子星相撞，现在，我们可能终于目睹了黑洞撞击中子星的迹象。科学家们从未真正确定过这是否可能。

“这是对一个新天体物理系统的发现，此前人们并不确定其是否存在，”纽约 Flatiron 研究所计算天体物理中心 LIGO 团队成员、即将成为加州理工学院教授的 Katerina Chatziioannou 说道。“这些系统理论上是在各种天体物理环境中形成的，因此证明它们的存在并估计它们的普遍程度将告诉我们它们形成的环境。

总结一下：4 月 25 日和 4 月 26 日，位于路易斯安那州利文斯顿和华盛顿州汉福德的激光干涉引力波天文台 (LIGO) 的两台干涉仪以及位于意大利的 Virgo 干涉仪探测到了两组新的引力波观测结果。前者的信号似乎源自一对中子星（由密集排列的中子组成的超致密天体，由超新星爆炸后大质量恒星坍缩而形成）的碰撞，而后者的信号似乎来自罕见的黑洞-中子星合并。

这些最新发现是在 LIGO 和 Virgo 天文台进行重大升级后取得的。它们的激光功率增加了一倍，减少了“噪音”的影响，并将探测器的灵敏度提高了近 40%。“这些探测以前也可以进行，但灵敏度的提高让我们能够获得更准确的图像，”LIGO 团队成员、加州理工学院物理学教授 Rana Adhikari 说。“就像在安静的房间里而不是在喧闹的咖啡店里交谈一样。”

4 月 25 日，科学家探测到两颗中子星碰撞，将其命名为 S190425z，据信发生在距离地球约 5 亿光年的地方（比第一次观测到的中子星合并远两到三倍）。只有 LIGO 利文斯顿和 Virgo 天文台捕捉到了这次事件的引力波（汉福德天文台当时处于离线状态），由于没有完整的探测，我们仍然不清楚这次事件的确切起源（它发生在覆盖四分之一天空的狂暴中）。

与此同时，4 月 26 日发生的中子星与黑洞碰撞事件（称为 S190426c）可能发生在距离我们约 12 亿光年的地方。三座天文台都捕捉到了其微弱得多的信号，因此科学家将事件发生地点缩小到天空面积的 3%。

我们怎么知道这是一颗中子星和一个黑洞的混合体，而不是两种类型的混合体？根据 Chatziioannou 的说法，这取决于质量。中子星的质量通常低于黑洞，而根据测量到的引力波信号估计，中子星的质量处于中等范围，既不太轻也不太重。

不幸的是，这就是我们对 4 月 26 日信号来源的了解。我们需要确认它们确实来自中子星与黑洞的碰撞，然后才能弄清楚这些物体之前的样子，以及由此产生的宇宙嵌合体现在的样子。Chatziioannou 解释说，她和她的团队需要一些时间来筛选引力波数据以及伽马射线和 X 射线等其他测量数据。这也有助于在未来几个月发现更多类似的事件，以确保这不是虚惊一场。目前，这是中子星与黑洞合并的概率是双中子星的四倍。

但对于这一事件是如何发生的，人们当然不乏各种解释。威斯康星大学密尔沃基分校博士后研究员、LIGO 团队成员 Shaon Ghosh 表示，一种理论认为这是一个“共同演化系统，两颗大质量恒星在双星系统中度过一生，演化后形成一颗中子星和一个黑洞。这两个致密物体发出引力波，失去能量和角动量，缩小它们之间的距离，最终合并。”另一种理论涉及一种称为动态俘获的现象，即一颗不相关的中子星和一个黑洞意外地靠得太近，并开始相互引力相互作用，直到它们最终合并。

戈什强调，由于黑洞实际上没有表面，中子星和黑洞的合并并不是一场可能向四面八方喷出物质的碰撞，而是两颗天体的轻微碰撞。“如果这一事件确实是由中子星和黑洞的合并引起的，”戈什说，“那么黑洞的引力可能会使中子星变形，”将其撕成碎片。它可以形成一个围绕黑洞不归点的物质宇宙轨道。

然而，如果我们得到证实，那将是一个惊人的发现。引力波的证实一直被吹捧为爱因斯坦广义相对论主要部分的证据，但许多人希望我们对这些信号的探测能帮助我们一窥天体物理学的全新世界。看起来这可能是实现这一潜力的首批例子之一。

Chatziioannou 表示：“任何涉及中子星的系统都包含有关极端密度的致密物质的信息。因此，通过研究引力波数据，我们或许能够推断出一些有关中子星物质性质的信息。”Ghosh 补充说，后续观察应该有助于我们了解黑洞施加的极端引力下发生的破坏性物理效应。

LIGO 和 Virgo 团队需要时间来深入研究结果并对其进行更深入的理解，但如果这些第一轮假设成立，我们将对已知宇宙的天体物理学理解发生重大范式转变。