當一顆

中子星

遇到一個質量更大的

黑洞

時，科學家以為這兩個天體會相互螺旋環繞，就像月亮繞地球運動那樣。但最終，黑洞像“吃豆人”一樣吞下了中子星。6月29日，一篇發表在《天體物理學雜誌快報》的論文宣佈了這一發現，文中稱“這一發現記錄了宇宙中兩個最極端、最神秘的物體的碰撞”，以及“當兩者合併時，宇宙的結構是如何被攪亂的。”

一、黑洞和中子星

1916年，德國天文學家卡爾·史瓦西透過計算得到了愛因斯坦場方程的一個真空解，這個解表明，如果一個靜態球對稱星體實際半徑小於一個定值，其周圍會產生奇異的現象，即存在一個介面——“視界”，一旦進入這個介面，即使光也無法逃脫。這個定值稱作史瓦西半徑，這種“不可思議的天體”被美國物理學家約翰·阿奇博爾德·惠勒命名為“黑洞”。

黑洞是由質量足夠大的恆星在核聚變反應的燃料耗盡而死亡後，發生引力坍縮產生的。其實黑洞並不“黑”，只是無法直接觀測，但可以藉由間接方式得知其存在與質量，並且觀測到它對其他事物的影響。

黑洞和中子星都是死亡恆星的遺物，在恆星生命結束時形成。恆星的大小會影響其生命的終結。如果它是一顆小恆星（小到“比我們的太陽質量大10倍左右”），它會坍縮成一顆非常緻密的“殭屍星”，即中子星。中子星緻密到什麼程度呢？“挖一小勺就有10億噸重。”如果它是一顆大恆星，它就會坍縮成一個黑洞。它們都是眾所周知且被重點研究的物件，到目前仍然包含許多奧秘。

二、

引力波

探測

黑洞“吞食”中子星是天文學家透過引力波探測到的，標誌著引力波研究的最新進展。引力波是透過劇烈碰撞產生並在太空中傳播的波，愛因斯坦在一個多世紀前就預言了引力波的存在，儘管他也對自己的理論有一些懷疑。

自從2015年人類首次探測到引力波以來，它就成為了人類瞭解宇宙的新視窗。如果說以往人類是在用電磁波“看”宇宙的話，引力波探測技術則像是給了人類“聽”見宇宙的能力。GW150914讓人類首次發現了雙黑洞合併事件，GW170817則讓人類探測到了雙中子星合併事件，3位主導引力波探測計劃的物理學家也被授予了諾貝爾物理學獎。

到今天，人類透過引力波確認的黑洞數量已經超越了以往任何一種手段所發現的。人類有能力統計這些恆星墓地的質量分佈，甚至找到了一絲破解中等質量黑洞之謎的方法。不過，在緻密天體合併的拼圖中，中子星和黑洞的合併一直是缺失的一塊。

三、黑洞吞食中子星的發現過程

引力波

探測器

先後兩次記錄到兩起黑洞吞食中子星的訊號，是在今年1月份相距10天的時間段內，當然，這兩次吞食事件發生在距地球很遠的十億年前，只是它們產生的引力波用了這樣長的時間才傳播到地球這裡。

2020年1月5日，美國鐳射干涉引力波天文臺（LIGO）首先探測到了GW200105。LIGO在美國路易斯安那州和華盛頓州分別有兩個觀測臺站，不巧的是，當天位於華盛頓州的探測器正在下線維護，因此只有位於路易斯安那州的探測器探測到了這次引力波事件。此外，位於義大利的歐洲“處女座”引力探測器（Virgo）雖然也在觀測，但是此次引力波事件對Virgo探測器來說太弱，難以從噪聲中分離出來。對來自單個LIGO探測器的資料展開分析後，研究團隊確認這一引力波訊號是由一個8。9倍太陽質量的黑洞和一個1。9倍太陽質量的天體合併產生的。天文學家還確認這個1。9倍太陽質量的天體是一顆中子星，此次合併發生在9億光年之外。

由於只有一個探測器檢測到了GW200105的訊號，如同只有一隻耳朵接收到聲音訊號，天文學家難以精確定位引力波的來源。

點選載入圖片

黑洞-中子星合併藝術圖

好在僅僅10天之後，GW200105訊號的遺憾就得到了彌補。1月15日，全部三個大型引力波探測器——兩個LIGO探測器和Virgo探測器——都探測到了被命名為GW200115的引力波訊號。進一步的分析顯示，這個引力波訊號來自一次10億光年外的黑洞—中子星合併事件，事件的主角分別是一個5。7倍太陽質量的黑洞，以及一個1。5倍太陽質量的中子星。同時，由於這三個探測器距離較遠，科學家能比較精確地判斷引力波來源於哪些方向。

儘管在這兩次觀測之後，天文學家立即對相應目標區域進行了多波段觀測，但在所有波段上都沒有觀測到來自這兩個事件的電磁波，這與引力波觀測結果相符合。當中子星靠近黑洞時，理論上它會被潮汐力撕裂，從而產生一陣閃光。但是在觀測到的這兩個事件中，黑洞的質量都比中子星大得多，黑洞可以一次性把中子星整個“吞下”，不留下任何痕跡。

四、新發現的意義

發現黑洞與中子星合併這一事件，有著很重要的意義。它能告訴我們在緻密天體形成和雙星演化的物理模型中，哪種天體佔多數，而這一問題的本質是對中子星和黑洞相互合併率的預測。

由於兩次合併事件在10天之內接連發生，天文學家也能對此類合併事件發生的頻率做出估計。儘管還有很多合併事件沒有被檢測到，但天文學家估計在10億光年內，大約每個月都會發生一起黑洞-中子星合併事件。

至於這兩個黑洞-中子星雙星系統是從何而來的，天文學家們則有不同的猜想。一種假說認為，這種系統是由一對恆星相互繞轉的系統演化而來。在這一系統到達演化末期時，其中一顆恆星會變成黑洞，另一顆則變成中子星，但它們仍然保持相互繞轉，直到兩者合併。而另一種假說則認為這是一個動態的過程，兩個天體在緻密星區中分別獨立形成，隨後它們組成雙星並且合併。

關於中子星和黑洞，還有太多太多的未知之謎——它們的半徑能在什麼範圍內變化？它們的自轉速率能有多快？它們如何成為雙星並最終合併？隨著引力波資料的不斷積累，對這些資料的統計分析或許能回答這些問題。科學家們希望能從中理解這些宇宙中最極端的天體是如何產生的。

另外，碎裂的中子星是天體物理學家的金礦，因為人類無法在實驗室中製造中子星中存在的物質並對其進行研究。透過觀察中子星如何被黑洞拉開，科學家們或許可以瞭解物質在其最密集狀態下的行為方式。透過足夠的引力波探測，或許能夠解碼它們的特性。

看上去平坦無垠的宇宙，其實一刻不停地在發生著波瀾壯闊的大事件。對這些事件的發現和了解，對認識宇宙、探究宇宙的起源和演變歷程，意義重大。