黑洞可以吞噬整个中子星

过去六年来，一群天体物理学奇才一直在合作，聆听着穿过地球的太空结构中亚微观的震动。他们如今已覆盖洲际的网络已经捕捉到了黑洞与黑洞碰撞的回响，甚至中子星与中子星碰撞的回响。

现在，他们第一次清晰地感知到中子星与黑洞的合并，完成了三项引力波打孔卡，并获得了一次免费一窥死亡恒星来世的机会。

“今天我们宣布发现黑洞与中子星合并，”格拉斯哥大学天体物理学家、该发现团队成员丹尼尔·威廉姆斯在推特上写道。“我们已经完成了这一工作。”

当质量至少是太阳十几倍的巨星死亡时，它们通常会遭遇两种命运之一：如果在死亡的痛苦中，一颗恒星将足够多的物质塞入一定体积，它就不再是我们所知的物质，而是坍缩成黑洞。或者，如果死亡没有那么剧烈，恒星核心的原子就会被挤压成一个主要由中子组成的球，也就是中子星。

几乎九成恒星在诞生和生活时都至少有一颗伴星。天体物理学家长期以来一直认为，随着伴星变老和死亡，它们将转变为两个黑洞、两颗中子星或各一颗。

建造激光干涉引力波天文台 (LIGO) 的主要动机之一是寻找物理学家预测的引力波，当这些巨型物体相互旋转并合并时，这些引力波会波及到宇宙中。 LIGO 在 2015 年探测到了第一起黑洞合并，并在 2017 年探测到了第一起中子星合并。但宇宙是否确实将黑洞与中子星配对仍有待商榷。

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加州理工学院天体物理学家、 LIGO 成员 Ryan Magee 表示：“对于它们是否存在、如何形成以及在我们的宇宙中有多少，存在太多的不确定性。”

现在研究人员有两个充分的理由相信奇怪的夫妻确实存在。

2020 年 1 月 5 日，当第一条警报响起时，麦吉正在开车。当时看起来似乎不是什么大问题，因为引力波只被该网络的三个探测器中的一个接收（LIGO 的两个设施与意大利的 Virgo 干涉仪合作），而且信号并不是特别清晰。

但仅仅 10 天后，类似的引力波同时震动了这三个探测器。LIGO/Virgo 合作小组迅速开始研究这一探测结果。“我记得很快就接听了很多电话，”Magee 说。

分析引力波有点像听到窗外传来撞击声，但不用看就能猜出是什么原因造成的。高音调的撞击声可能表示两个骑自行车的人正在穿过小路，而低沉的隆隆声可能表示两辆较重的车辆相撞。天体物理学家观察他们记录的引力波，并试图估计相关物体的质量，而所有这些都不需要直接目睹这一事件。

以下是他们认为在 2020 年 1 月发生的情况。两次碰撞似乎都涉及一个重天体和一个轻天体。较重的伴星可能分别重约 9 倍和 6 倍太阳质量（最轻的黑洞被认为重约 5 倍太阳质量）。该合作小组估计，较轻的伴星质量分别为太阳质量的 1.9 倍和 1.5 倍。这使得它们都远低于最重中子星的理论 2.5 倍太阳质量上限。该合作小组于周二在《天体物理学杂志快报》上详细介绍了他们的研究结果。黑洞-中子星合并探测：已实现。

在每一种情况下，较轻的中子星都可能以螺旋状向其伴星黑洞飞去，然后坠入其中，就像台球消失在角落的口袋里一样。由于黑洞看起来比中子星重得多，它们很可能将来袭的物体整个吞噬——这让天文学家感到失望。

“理想情况下，我们希望看到中子被黑洞撕裂和破坏，因为这会将物质抛向黑洞周围，让我们有机会用望远镜看到它，”梅吉说，“但不幸的是，我认为这次不会发生这样的事情。”

通过这样的烟火秀，研究人员可以收集到有关引力影响在太空中传播的速度、宇宙膨胀的速度以及中子星物质性质的线索。

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尽管如此，麦吉还是觉得这一发现令人鼓舞。根据这些碰撞，合作小组估计，黑洞大约每月吞噬一颗中子星一次，地点在距离地球十亿光年内的某个地方，因此天文学家应该有更多机会看到后果。

在此之前，LIGO 和 Virgo 将监听更多的轰鸣声，并开始构建黑洞-中子星配对的统计图像，这将有助于天体物理学家确定这些物体是否倾向于一起诞生为恒星，或者繁忙的星系或星团是否会在它们死亡后将它们聚集在一起。

尽管 LIGO 的打孔卡已经完成，但麦吉仍希望发现一些额外的东西。除了中子星与黑洞碰撞并产生剧烈、可见的爆发外，他还在寻找碰撞中产生的宇宙轰鸣声，其中一方甚至比我们的太阳还轻。

教科书理论并没有预测这种微不足道的物体，因此它们的存在将成为某些新现象的证据，例如由暗物质云坍缩形成的黑洞，或由大爆炸期间产生的极其密集的斑点。

“这表明了新物理学，”他说。“你必须弄清楚究竟是什么导致了它。”