科学家观察中子星与黑洞的碰撞
三位火狐体育的教授是首次探测到长期寻找的一类恒星合并的国际团队的成员
发表于：物理，科学与技术
研究人员首次证实了黑洞和中子星之间碰撞的探测。
在6月29日发表在《天体物理学杂志通讯》上的一项新研究中，科学家宣布探测到两个罕见事件产生的引力波，每个事件都涉及黑洞和中子星的碰撞。
引力波是由美国国家科学基金会（NSF）的激光干涉引力波天文台（LIGO）和意大利的处女座探测器探测到的。日本的另一个探测器KAGRA于2020年加入了LIGO-Virgo网络，但在这些探测期间并未在线。
火狐体育的教师Marc Favata， Shaon Ghosh和Rodica Martin是国际LIGO团队的成员，他们发现了这一发现。来自世界各地的大约1400名科学家参与了操作探测器的工作，并通过LIGO科学合作组织分析数据。
“从一开始，LIGO和它的合作伙伴就希望探测到三种紧凑的恒星双星：两个黑洞对，两个中子星对，和混合对——一个黑洞和一个中子星相互绕轨道运行，”法瓦塔说，他是火狐体育物理和天文学系的主席，也是该大学LIGO小组的负责人。“自2015年以来，我们已经发现了48对黑洞和两对中子星。现在，我们终于发现了第三种紧凑双星，并可以估计这些事件发生的速度——这需要引力波探测器才能实现。”
引力波是由运动中的大质量物体产生的时空曲率扰动。引力波于2015年首次被测量到，这一发现导致了2017年的诺贝尔物理学奖。它们主要是由黑洞或中子星对合并产生的。黑洞和中子星都是大质量恒星的尸体，黑洞的质量甚至比中子星还要大。
今天宣布的极端事件发生在2020年1月，相隔10天，在太空中产生了飞溅，引力波至少穿过9亿光年到达地球。
第一次合并是在1月5日发现的，涉及一个大约9倍太阳质量的黑洞和一颗1.9倍太阳质量的中子星。第二次合并涉及一个6倍太阳质量的黑洞和一个1.5倍太阳质量的中子星。在每种情况下，中子星都可能被它的黑洞伙伴吞没。
两个事件中的第一个，GW200105，是由LIGO利文斯顿和处女座探测器观测到的。它在LIGO探测器中产生了强烈的信号，但在Virgo探测器中产生了微弱的信号。位于华盛顿州汉福德的另一个LIGO探测器暂时处于离线状态。考虑到引力波的性质，研究小组推断，该信号是由一个黑洞与一个质量为太阳1.9倍的致密天体碰撞引起的，该天体后来被确定为中子星。这次合并发生在9亿光年之外。
第二个事件GW200115被LIGO探测器和Virgo探测器同时探测到。GW200115来自于一个黑洞与一颗1.5太阳质量的中子星的合并，这颗中子星发生在距离地球大约10亿光年的地方。
“一个由黑洞和中子星组成的双星系统引起了天体物理学界的极大兴趣，”Ghosh说。“这些系统同时拥有中子星和黑洞，带来了‘两全其美’。它们是比只有中子星的双星更响亮的引力波源，而且在宇宙中更远的地方也能看到。与只有黑洞的配对不同，它们可能会发射电磁波以及它们产生的引力波。”
高希是起草报告这一发现的论文的团队成员之一。他帮助开发的一个分析代码迅速确定了这些系统包含一对中子星和一对黑洞，而且这些碰撞产生电磁信号的可能性很小。在这两个事件中，黑洞大到足以吞噬整个中子星，而不会发出光秀。此外，这些合并的地方离我们足够远，以至于任何来自它们的光都很暗淡，即使是最强大的望远镜也很难探测到。
部分由于Ghosh和他的合作者开发的计算基础设施，天文学家在引力波中探测到这两个事件后不久就得到了警告，随后在天空中搜索相关的闪光。正如预测的那样，没有发现电磁信号。
研究人员现在自信地观察到两个黑洞与中子星合并引力波的例子，他们估计，在距离地球10亿光年的范围内，大约每个月发生一次这样的合并。
马丁说：“随着探测器灵敏度的每一步提高，我们观察到新的信号，更自信地确认引力波的起源，增加了我们对宇宙的理解。”马丁是帮助设计和安装LIGO升级的团队成员，该升级使2015年首次探测到引力波成为可能。“下一代引力波探测器将具有探测宇宙历史上更早时期黑洞和中子星碰撞的灵敏度。”马丁与一个由火狐体育本科生组成的大型团队合作，设计将用于未来改进LIGO探测器的光学元件。
火狐体育于2013年加入了LIGO科学合作组织，是1400多个成员合作组织中的127个机构之一。目前火狐体育参与引力波研究的学生包括克劳迪娅·巴隆、迈克尔·卡米洛、阿莱拉·埃尔南德斯、凯文·约翰斯迈耶、玛丽亚姆·麦克德利兹、约翰·诺特、乔纳森·雷耶斯、雅各布·桑托斯和瑞奇·王尔德。
威斯康星大学密尔沃基分校教授、LIGO科学合作组织发言人帕特里克·布雷迪说：“LIGO、Virgo和KAGRA的探测器小组正在改进他们的探测器，为计划于2022年夏天开始的下一次观测做准备。”“随着灵敏度的提高，我们希望每天最多探测一次合并波，并更好地测量黑洞和构成中子星的超密度物质的特性。”
关于这一发现的更多信息可以在ligo.org上找到。
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