引力波寶藏顯示黑洞、中子星碰撞
一位藝術家描繪的碰撞黑洞在時空結構中引起漣漪（圖片編輯:R. Hurt/Caltech-JPL）
科學家發布了迄今為止最大的引力波探測目錄，為宇宙中質量最大的物體，黑洞和中子星的相互作用提供了新的線索。
編纂這個目錄是由三台具有開創性的探測系統所實現的：其中兩台激光乾涉引力波天文台（LIGO）探測器位於華盛頓州漢福德和路易斯安那州利文斯頓，另外一台是位於意大利比薩的歐洲處女座（Virgo）引力波天線。
該目錄包含35次新發現的引力波事件，即1916年愛因斯坦在廣義相對論中預測的時空漣漪。這批最新的探測結果是在開始於2019年11月的測量活動中得到的，不過這次測量活動由於新冠疫情（COVID-19）被迫中止於2020年3月。因此迄今為止探測到的引力波事件總數達到90次。
美國LIGO天文台於2015年公布了第一次引力波探測。此後這項技術取得了巨大的進步，在觀測過程中，探測器每個月都會捕獲一個信號。
根據歐洲Virgo天文台的一份聲明，大部分新探測到的引力波都是由黑洞融合觸發的。但這份目錄同時也包含了三次探測，可能標志著中子星和黑洞的碰撞。
黑洞和中子星是大質量超巨星的坍塌核心，也是宇宙中密度最大、質量最大的天體。當它們進入彼此的引力場時，它們開始圍繞彼此旋轉，形成一個雙星系統。此時產生的強大引力觸發了宇宙“地震”，這些震動在空間中回蕩，扭曲了時空結構。最終，這些物體碰撞合並，形成新的超大質量黑洞。
“在最近探測到的合並過程中形成的黑洞的質量超過太陽質量的一百倍”，資助英國致力於引力波研究的機構——英國國家科研與創新署（UKRI）在一份報告中說。在這份報告中他們還說，“這麼大的黑洞目前只能從理論上預測，而最近的觀測可能最終證明它們的存在”。
參與這項研究的蘇格蘭格拉斯哥大學講師克裏斯托弗·貝瑞 (Christopher Berry) 在聲明中說：“直到現在，我們才開始欣賞黑洞和中子星奇妙的多樣性。” “我們的最新研究結果證明它們有多種尺寸和組合的碰撞。我們已經解開了一些長期存在的謎團，但也發現了一些新的謎題。利用這些觀察資料，我們更加接近解開這些作為宇宙積木的恒星是如何演化的謎題。”
在活動期間探測到的黑洞和中子星之間三個疑似碰撞中，有一個可能涉及一顆質量僅為太陽 1.17 倍的中子星。根據 UKRI 的說法，如果估算是正確的，這將是有史以來發現的質量最小的中子星之一。
Virgo天文台在聲明中說，這些觀察結果現已公開給更廣泛的科學界，以便其他研究人員能分析這些事件並做出新的發現。研究這些宇宙震蕩的回聲將揭示相關物體性質，以及碰撞期間發生的進程的新的數據。
澳大利亞國立大學的天體物理學家蘇珊·斯科特（Susan Scott）也參與了這項研究，她在一份聲明中說，通過觀察這些雙星系統中黑洞的質量和旋轉可以了解這些系統最初是如何發展的。
斯科特在聲明中說：“這確實是引力波探測的新時代，不斷增長的發現揭示了整個宇宙中恒星生死的大量信息。”
“這也提出了一些非常有趣的問題。例如，這個系統到底是由兩顆經歷了它們各自生命周期並最終變成兩個黑洞的恒星形成的？抑或是兩個黑洞被一個例如銀河系中心這樣的非常致密的動力學環境中推到一起的？”
從最新的目錄可以看出，自2015年突破性的發現以來，引力波探測取得了極大的進步。由於儀器靈敏度的提高，科學家們現在每個月都會在天文台運行時進行新的探測。事實上，目前90次探測中有70次都是在2019年以來的最後兩次觀察中進行的。
LIGO天文台和Virgo天文台目前都在進行改進，以進一步提高其靈敏度，並為將於2022年年中開始的新觀測做准備。這次升級意味著，這兩個天文台將能夠探測到來自幾乎比以前大10倍的宇宙空間的信號。
當LIGO天文台和Virgo天文台恢複工作時，日本的神岡引力波探測器(KAGRA)也將加入進來，該探測器於2020年2月上線。
更高的靈敏度，更多的探測器——這意味著更多的新發現即將出現。
相關知識
中子星是巨大的超巨星坍縮後的核心。超巨星的總質量在10到25個太陽質量之間，如果特別富含金屬的話，其質量可能會更大。除了黑洞和一些假設的物體(例如白洞、誇克星和奇異星)，中子星是目前已知的體積最小、密度最大的星體。中子星的半徑約為10公裏(6.2英裏)，質量約為1.4個太陽質量。中子星是由巨大恒星的超新星爆炸和引力坍縮共同導致的，其中引力坍縮壓縮了核心的密度，使其超過了白矮星的密度，達到了原子核的密度。
一旦形成，它們就不再積極地產生熱量，並隨時間冷卻;然而，它們仍可能通過碰撞或吸積進一步演化。這些物體的大多數基本模型表明，中子星幾乎完全由中子(一種沒有淨電荷、質量略大於質子的亞原子粒子)組成;在中子星的條件下，普通物質中的電子和質子結合起來產生中子。
中子簡並壓是保利不相容原理所描述的一種現象，中子星在一定程度上可以通過中子簡並壓來抵抗進一步的坍縮，就像白矮星可以通過電子簡並壓來抵抗坍縮一樣。然而，中子簡並壓本身不足以支撐0.7M以上的物體，核斥力在支撐更大質量的中子星時發揮著更大的作用。如果殘星的質量超過托爾曼-奧本海默-沃爾科夫極限(約2個太陽質量)，簡並壓和核斥力的結合不足以支撐中子星，中子星將繼續坍縮，形成黑洞。到目前為止，探測到的最大的中子星PSR J0740+6620估計有2.14個太陽的質量。
BY： Tereza Pultarova
FY：Astronomical volunteer team
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