天文史最惊人发现,两颗中子星碰撞形成最年轻黑洞

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新的研究表明,碰撞产生了一个黑洞,但如果这是真的,那么这将是科学界所知的最轻的黑洞。

两颗中子星相撞的想法令人震惊。中子星是恒星尸体--残余的超新星--它们把大量的物质塌缩成一个小球体。典型的中子星只有一个大城市那么宽,但它们的质量大约是地球的50万倍,也就是两个太阳质量。

两颗中子星发生碰撞似乎不太可能,但它确实发生了。来自激光干涉引力波天文台(LIGO)和室女座干涉仪的数据显示,在导致这场巨大的爆炸的瞬间,一切都变得一团糟。在大约两分钟的时间里,这对双星以难以想象的速度绕着对方旋转,并将引力波喷射到宇宙的虚空中。

每一个轨道都使这对组合更加紧密,最终在碰撞中产生巨大的冲击波。

天文学家已经看到了成对的黑洞上演着同样的天体舞蹈,但是两颗中子星聚在一起是全新的。合并的最终结果有点神秘,但本周刊登在《天体物理学杂志快报》上的一项新研究表明,碰撞产生了一个微小的黑洞。

两颗恒星发生超新星爆炸后,留下了两颗中子星。新的研究表明,引力波辐射把它们拉到一起,直到它们融合并坍缩成一个黑洞。

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德克萨斯大学奥斯汀分校(和加州大学伯克利分校的研究人员利用NASA的钱德拉x射线天文台试图了解合并期间和之后发生了什么。LIGO的数据显示,这颗名为GW170817的新天体的质量是太阳的2.7倍。

这是一个相当奇怪的发现,因为它不太符合我们所知的中子星或黑洞。如果它是一颗中子星,那么GW170817将是科学界所知的这类质量最大的天体;已知的最大的中子星质量在2.3到2.4倍太阳质量之间--这些物体已经在测试在坍缩成黑洞之前,能在一个小空间中压缩多少物质的极限。但如果它是一个黑洞,那么它将是迄今为止发现的质量最小的黑洞,因为最小的黑洞质量在4到5倍太阳质量之间。

中子星很酷的一点是它们也是脉冲星。这些快速旋转的高密度物体会产生强大的磁场和高能粒子的气泡。在地球上,我们应该把这视为一个独特的、强烈的x射线特征。新研究的作者使用钱德拉(Chandra)测量了GW170817在合并后的几天、几周和几个月里发出的x射线。

正如新研究显示的那样,这颗星体的x射线辐射远低于一个超大质量、快速旋转的中子星所能产生的辐射,比预期的要低几百倍。因此,这项研究的结论是,这次合并产生了一个黑洞,尽管这个黑洞很小。

“我们可能已经回答了关于这个令人眼花缭乱的事件的一个最基本的问题:它做了什么?”这项新研究的合著者、德克萨斯大学奥斯汀分校的天文学家帕万库马尔(Pawan Kumar)在一份声明中说。天文学家一直怀疑中子星的合并会形成一个黑洞。但到目前为止,我们还缺乏强有力的理由。

如果被证实,它指向一个相当复杂的黑洞形成过程。在这种情况下,必须有一对超新星爆炸,它们的残骸形成了中子星,而中子星刚好足够近,最终聚集在一起。但这并不像看上去的那么古怪。

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