作者:文乐乐 来源:中国科学报 发布时间:2020/6/30 13:54:52
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引力波探测器观测到迄今最轻黑洞
 
 
 
 空间涟漪揭示了黑洞和神秘天体的合并。图片来源:SIMULATING EXTREME SPACETIMES COLLABORATION
 
引力波探测器又发现了一次宇宙碰撞—— 一个巨大的黑洞吞噬了一个神秘天体。
 
据《科学》报道,观测结果由物理学家利用美国激光干涉引力波天文台(LIGO)和意大利室女座探测器(Virgo)获得。这个神秘天体是在2019年8月14日被探测到的,当时它正与一个质量为太阳质量23倍的黑洞合并,产生了引力波,这一合并事件被称为GW190814。6月23日,相关成果在《天体物理学杂志通讯》上发表。
 
数十年来,天文学家对介于中子星与黑洞之间的“质量间隙”感到困惑:最重的中子星不超过太阳质量的2.5倍(2.5个太阳质量);已知最轻黑洞约是5个太阳质量。而新观测到的神秘天体为2.6个太阳质量,它完全处于理论假设的“质量间隙”之中。
 
“这个2.6个太阳质量的天体令人震惊,因为它落在了质量间隙中。”LIGO团队成员、美国西北大学天体物理学家Vicky Kalogera说,“我们第一次看到这样的物体。”
 
LIGO和Virgo目前还无法通过引力波确定它是什么。但核物理表明,当中子星超过2.2个太阳质量时,是无法承受自身重量的。据此,未参与观测的美国马里兰大学帕克分校天体物理学家Cole Miller推测,该物体“几乎可以肯定”是一个黑洞。
 
在LIGO和Virgo运行之前,唯一的黑洞观测证据来自对银河系大约30个黑洞的研究,每个黑洞都有一颗伴星运行,伴星为黑洞输送热物质。2010年,亚利桑那大学天体物理学家Feryal ?魻zel和同事发现,这些黑洞没有一个质量小于5个太阳质量。所以他们假设在2.5~5个太阳质量间存在一个质量间隙,其中既不存在中子星,也不存在黑洞。
 
但?魻zel强调,这个概念建基于观察。“有没有一个物理理论说黑洞不能在小于5个太阳质量时形成?”?魻zel说,“我们不这样认为,但在大质量恒星的演化过程中,一定有一些因素使得这一过程非常困难。”
 
理论学家解释了为何如此——当一颗大质量恒星耗尽氢燃料、核心开始塌缩时,中子星或黑洞都可能形成。如果恒星足够轻,当超新星爆炸时,其核心会塌缩成中子星。然而,如果恒星质量太大,那么其核心将收缩到一个无限小的点,只留下超强引力场:黑洞。理论认为,对于这些重恒星来说,除了最外层,其余部分都会坍塌,从而将黑洞质量提升到5个太阳质量甚至更多。
 
Miller表示,新的观测结果可能会对质量间隙假设产生影响。作为这一假设最初的支持者之一,?魻zel表示 “新发现非常令人兴奋”,“更重要的是,LIGO和Virgo已经证明了以不同方式形成低质量黑洞是可能的”。
 
未参与该研究的哥伦比亚大学理论天体物理学家Brian Metzger说,真正的谜团可能是新观测到的两个黑洞的极端质量比。就在几周前,LIGO和Virgo公布了GW190412事件,两个黑洞的质量比约为4:1。而这次发现中,两个黑洞的质量比为9:1。
 
相关论文信息:https://doi.org/10.3847/2041-8213/ab960f
 
 

 

 
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