人类首次探测，10亿年前波动黑洞中子星合并，爱因斯坦又对了

　　人类首次探测到，来自10亿年前的＂时空波动＂，黑洞与中子星合并，爱因斯坦又对了。
　　继双黑洞合并、双中子星合并之后，由西北大学研究人员在内的一个国际天体物理学家团队发现了两例来自黑洞-中子星合并的引力波事件。并于6月29日在《天体物理学杂志快报》中发表了一篇论文，公布了几个天文学家的合作成果。
　　发现了什么？
　　从2015年第一次探测到引力波以后，它就成为了人类了解宇宙的新窗口。如果说在这之前人类是用电磁波＂看＂宇宙的话，那引力波探测技术就像是给了人类＂听＂宇宙的能力。有了引力波以后人类观测到了双黑洞合并的情况，也探测到了双中子星合并的情况，现在人们有能力统计这些恒星墓地的质量分布，同时也找到了一些可以破解中等质量黑洞之谜的方法。不过在致密天体合并的拼图中，中子星和黑洞的合并的这一块一直是缺失的。
　　在2020年1月5日，科学研究人员首先探测到了引力波信号GW200105。科学研究团队对监测数据展开分析后，确认了这个引力波信号是由一个8.9倍太阳质量的黑洞和一个1.9倍太阳质量的天体合并产生的。最终，这个1.9倍太阳质量的天体被天文学家确认是一颗中子星，而且这次合并事件是发生在9亿光年之外的。当时他们有两个观测台站，分别在美国路易斯安那州和华盛顿州，不巧的是，当天华盛顿州的探测器正在下线维护中，因此只有位于路易斯安那州的探测器探测到了这次引力波事件。由于只有一个探测器检测到了信号，就如同只有一只耳朵接收到了声音信号一样，天文学家难以精确定位引力波的来源。他们只能大致判断信号来源的范围，该范围大约相当于34000个满月所占的面积一样大。
　　仅在10天之后，遗憾就得到了弥补。在1月15日这天，三个大型引力波探测器全都探测到了被命名为GW200115的引力波信号。根据进一步的分析显示，这个引力波信号是来自10亿光年之外的一次黑洞和中子星合并事件，事件的主角分别是一个5.7倍太阳质量的黑洞，以及一个1.5倍太阳质量的中子星。因为这三个探测器之间的距离比较远，科学家也能比较精确地判断出引力波的来源方向。最终，天文学家划定了信号可能的来源范围，这个范围较前面的比就很小了，他只相当于2900个满月那么大的面积。
　　由于这两次合并事件是在10天之内接连观测到的，所以天文学家能对，此类合并事件发生的频率做出估计。美国西北大学的研究生蔡斯·金博尔也说，通过这些检测，我们最终获得了所有三类紧凑二进制合并的合并率测量值。 双星分别是什么？
　　中子星的前身一般是一颗质量为10到29倍太阳质量的恒星。很多恒星在生命的最后阶段，因为重力崩溃的原因，最终发生了超新爆炸，其中一小部分可能会成为中子星。
　　中子星的密度很大，在中子星上，每立方厘米物质足足有一亿吨重甚至达到十亿吨。但是中子星的体积很小，比我们的地球还要小很多倍。因此它自转的速度很快，最快的每秒钟可能会达到一千次。由于中子星的自转速度快得惊人，导致他表面的温度能达到1000万摄氏度。如果它跟太阳互换了位置，那地球将不会有任何生命存在了。所以有人说中子星是宇宙中最恐怖的天体。
　　黑洞跟中子星一样，也是由大于太阳质量好几十甚至几百倍以上的恒星演化而来的。当核心中所有的物质都变成中子时收缩过程立即停止，被压缩成一个密实的星体，同时也压缩了内部的空间和时间。因此它有巨大的引力场，它的引力极其强大，使得它所发射的任何电磁波都无法向外传播，把它变成一个看不见的孤立天体，而当它的半径一旦收缩到一定程度时，质量导致的时空扭曲就使得即使光也无法向外射出，这样＂黑洞＂就诞生了。
　　中子星和黑洞都是在恒星生命末期演变形成的。黑洞是恒星最后阶段坍塌形成的。而中子星是恒星承受不了自身重力而发生超新星爆炸后形成的。它们两者还是有很大的区别。 双星如何相遇？
　　目前科学家们还不知道中子星和黑洞是如何相遇的。
　　虽然还不清楚这些双星系统形成于何处，但天文学家确定了三个可能的宇宙起源：恒星双星系统、包括年轻星团在内的稠密恒星环境以及星系中心。
　　它们两个有可能会是一起形成，由于两颗恒星相互环绕，直到耗尽燃料并死亡，其中一颗坍缩成黑洞，而另一颗形成了中子星。又或者说这两个物体是分开形成的，并在一个挤满了许多中子星和黑洞的拥挤区域里相遇了。有很多朋友好奇这两种天体碰到一起会发生什么现象，究竟是黑洞吃了中子星呢？还是中子星撑死了黑洞呢？双星相遇会怎样？
　　这个答案在《天体物理学杂志快报》上，天文学家已经给我们证实了，两者相遇的结果就是合并成了质量更大的黑洞。
　　黑洞是吸收一切物质的天体，而中子星是释放能量的天体。所以中子星的寿命要 比黑洞短很多。它们两个就是两种极端。黑洞只要能抗住中子星瞬间爆发的能量，黑洞就是最终的胜利者，当中子星靠近黑洞时，理论上它会被潮汐力撕裂，从而产生一阵闪光。但是在观测到的这两个事件中，黑洞的质量都比中子星大得多，并且黑洞能一次性地一口吞掉了一颗中子星，不留任何痕迹。
　　在两者相距200~300亿公里的时候，中子星表层物质不稳定，磁场有明显的异常波动。
　　当两者相距达到100亿公里的时候，中子星的外物质便会飞逸而出，并在黑洞的周围高速环绕，之后中子星便向黑洞做螺旋形下坠运动。
　　当到50亿公里的时候，黑洞和中子星的磁场剧烈碰撞，并释放出大量的电子和光，之后中子星的能量便会慢慢消耗掉，最后被黑洞吞没，具体被吞没的时间根据中子星的体积而论，但一般不会超过6个小时。
　　在这两次观测之后，天文学家立即对相应目标区域进行了多波段的观测，最终在所有波段上都没有观测到来自这两个事件的电磁波，这个结果与引力波观测结果也相符合。所以GW200105和GW200115两个引力波信号的来源可以很确定了，它就是黑洞跟中子星合并的结果。
　　天文学家估计在10亿光年内，大约每个月都会发生一起黑洞与中子星合并的事件。菲什巴赫说：＂我们现在看到了第一批黑洞与中子星合并的例子，所以我们知道它们就在那里。＂但是中子星和黑洞还有很多我们不知道的——它们能有多小或多大，它们能旋转多快，它们如何配对成为合并伙伴。利用未来的引力波数据，我们将有统计数据来回答这些问题，并最终了解我们宇宙中最极端的天体是如何形成的。
　　人类第一次发现了黑洞吞掉中子星的事件，相信这肯定也不是最后一次。
　　现在，这些引力波团队正在对仪器进行维护升级，为2022年夏天开始的第四轮观测做准备。未来，引力波还会给人们哪些惊喜，让我们拭目以待。