黑洞和中子星碰撞合并事件:不产生任何可探测到的光线

2020/5/12 8:47:15 来源:新浪科技 作者:叶倾城 责编:骑士

北京时间5月12日消息,据国外媒体报道,迄今为止,天文学家还没有观测到黑洞与中子星碰撞事件,一项最新研究表明,这种碰撞事件会释放大量能量,但出乎意料的是,可能不会产生任何可以探测到的光线。

这些发现揭示了黑洞和中子星合并的关键细节——可探测光线数量和碰撞天体的质量,以及揭示合并的促成因素,例如:促使这些碰撞发生的动力学。

黑洞和中子星都是超新星灾难性爆炸的恒星残骸,超新星的爆发可使一颗恒星短暂地比星系中所有其他恒星更加明亮,当一颗恒星变成超新星时,其残骸核心会在自身引力作用下崩塌。如果这个残骸足够大,就可能形成一个黑洞,其引力强大到光线都无法逃脱。质量较小的恒星内核会形成中子星,之所以这样命名,是因为它的引力非常强,可以将质子和电子一起压碎,形成中子。

到目前为止,科学家已证实黑洞之间以及中子星之间会发生合并,他们正在期待首次观测黑洞与中子星的合并,这样的碰撞事件有助于验证恒星演化和爱因斯坦广义相对论,是对太空引力作用的最佳描述。

研究人员有两种方式见证黑洞和中子星碰撞合并,一是他们可以寻找碰撞发出的光或者电磁辐射类型,例如:无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线和伽玛射线,二是他们可以勘测时空涟漪,即所谓的引力波。

目前,科学家已有了一个完整的理论框架,用于解释双星系统相对独立状态下形成的中子星和黑洞,它们发生碰撞合并会是怎样的情况。之前研究表明,黑洞和中子星合并事件可能在一年时间里10亿秒差距范围内发生100次,10亿秒差距相当于347亿光年的空间范围。

然而,当这些死亡恒星被密集的数百万颗恒星包围时,它们之间的相互作用仍有很多不确定因素,该情况可以证明与孤立合并事件有很大的差异。

通过24万次计算机模拟试验,模拟了中子星和黑洞在致密星团中的合并事件,重点研究了由中子星和伴星组成的双星系统与黑洞发生碰撞,以及黑洞和伴星与一颗中子星发生碰撞的情景,改变了所有这些天体的质量和轨道,以及星团中其他恒星的基本属性,例如:它们的元素构成和速度。

一项不同寻常的发现是,在稠密的星团中,黑洞和中子星可以合并而不产生任何可探测到的光,尽管合并仍会产生大量引力波。当中子星坠入黑洞,而没有变成炽热明亮的碎片时也会发生该情况,当黑洞的质量是太阳的10倍以上——大到足以吞噬中子星的时候,也会发生以上情况。

致密星团中黑洞与中子星发生合并事件与孤立合并事件的不同之处在于:它们通常存在质量更大的黑洞,其平均质量是太阳的20倍以上。相比之下,依据2018年发表在《皇家天文学会月刊》的另一项研究显示,在黑洞与中子星之间的孤立合并中,黑洞质量通常是太阳的7倍左右,一般不会超过太阳质量的20倍。

该研究表明,如果黑洞和中子星碰撞事件是在致密星团中发生将具有独特的性质,科学家可以利用这些性质将此类合并事件与孤立合并事件相区分。欧洲航天局激光干涉仪空间天线(LISA)等引力波天文台任务,可能探测到致密星团中的此类碰撞合并事件,但有一个前提是该事件发生的最远宇宙距离是仙女座星系,这是银河系最近的星系邻居。随着技术不断发展,未来更先进的引力波天文台可以探测到更遥远的黑洞和中子星合并事件。

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关键词:黑洞中子星

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