LIGO再獲雙中子星碰撞產(chǎn)生的引力波

日前，美國(guó)激光干涉引力波天文臺(tái)（LIGO）科學(xué)合作組織和歐洲處女座（Virgo）引力波探測(cè)器合作組織共同宣布，第二次探測(cè)到雙中子星并合產(chǎn)生的引力波事件，編號(hào)為GW190425。相關(guān)研究結(jié)果已提交給《天體物理學(xué)雜志》。

首次基于單個(gè)天文臺(tái)探測(cè)數(shù)據(jù)

2019年4月25日，LIGO位于美國(guó)利文斯頓的探測(cè)器捕捉到疑似兩顆中子星碰撞產(chǎn)生的引力波信號(hào)。最新研究證實(shí)，該事件很可能就是兩顆中子星并合的結(jié)果。這也是首次基于單個(gè)天文臺(tái)探測(cè)數(shù)據(jù)而確認(rèn)的引力波事件。

黑洞碰撞被認(rèn)為不會(huì)產(chǎn)生光信號(hào)，而中子星碰撞會(huì)同時(shí)產(chǎn)生引力波信號(hào)和光信號(hào)。

科學(xué)家在2017年8月首次探測(cè)到雙中子星并合產(chǎn)生的引力波事件，那次探測(cè)創(chuàng)造了歷史。當(dāng)時(shí)，LIGO位于美國(guó)利文斯頓和漢福德的兩個(gè)探測(cè)器都捕捉到引力波信號(hào)，全球許多光學(xué)望遠(yuǎn)鏡同時(shí)探測(cè)到光學(xué)信號(hào)。

相比之下，GW190425事件首先從LIGO位于利文斯頓的探測(cè)器數(shù)據(jù)中發(fā)現(xiàn)。當(dāng)時(shí)，LIGO位于漢福德的探測(cè)器處于短暫離線狀態(tài)。由于這對(duì)雙中子星距離地球超過(guò)5億光年，信號(hào)極其微弱，難以在Virgo的探測(cè)數(shù)據(jù)中找到。同時(shí)，并沒(méi)有其他望遠(yuǎn)鏡探測(cè)到對(duì)應(yīng)的光學(xué)信號(hào)。

“但Virgo也作出了寶貴貢獻(xiàn)。”在LIGO利文斯頓天文臺(tái)工作的阿娜瑪麗亞·埃弗勒表示。據(jù)介紹，研究人員利用LIGO利文斯頓探測(cè)器的數(shù)據(jù)，并結(jié)合Virgo探測(cè)器的數(shù)據(jù)，將該宇宙事件的范圍縮小到20%左右的天區(qū)內(nèi)。

雙中子星系統(tǒng)的質(zhì)量超乎預(yù)測(cè)

通過(guò)分析引力波數(shù)據(jù)，研究人員獲知，這次碰撞產(chǎn)生了不同尋常的大質(zhì)量天體。

LIGO的探測(cè)數(shù)據(jù)顯示，兩個(gè)雙中子星的質(zhì)量之和是太陽(yáng)質(zhì)量的3.4倍左右。此前科學(xué)家認(rèn)為，銀河系中已知質(zhì)量最大的雙中子星系統(tǒng)只有太陽(yáng)質(zhì)量的2.9倍。

這種不太常見(jiàn)的大質(zhì)量，可能是由于碰撞來(lái)自一個(gè)雙中子星和一個(gè)黑洞，因?yàn)楹诙促|(zhì)量一般大于雙中子星。不過(guò)科學(xué)家相信，更大的可能是這次事件源于兩個(gè)中子星的并合。

“我們從數(shù)據(jù)中了解到它們的質(zhì)量，其單個(gè)天體的質(zhì)量最有可能與中子星相對(duì)應(yīng)。”LIGO賓夕法尼亞州立大學(xué)工作組成員蘇拉比·薩奇杰夫認(rèn)為，此次發(fā)現(xiàn)隱藏著一個(gè)有趣的問(wèn)題：這對(duì)雙中子星系統(tǒng)最初是如何形成的？

科學(xué)家認(rèn)為，雙中子星系統(tǒng)有兩種可能的形成方式：一種可能是由質(zhì)量較大的雙恒星系統(tǒng)形成，這些恒星各自演變成中子星；另一種可能是兩個(gè)單獨(dú)形成的中子星在密集的恒星環(huán)境中邂逅。

LIGO關(guān)于GW190425的探測(cè)數(shù)據(jù)并不能說(shuō)明，這對(duì)雙中子星的形成更有可能是哪種情況。這意味著，要解釋這個(gè)雙中子星系統(tǒng)出人意料的大質(zhì)量，還需要更多數(shù)據(jù)和新的模型。