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重力波的孪生黑洞可能诞生于一个单独的恒星内

2016-3-8 环球解密

2015年9月14日,LIGO从两个合并中的黑洞侦测到重力波,显示在这张画家的概念图。费米太空望远镜在0.4秒后,侦测到伽玛射线爆发。新的研究认为,爆发的发生是因为两个黑洞在一个单独巨大的恒星里生存和死亡。Credit: Swinburne Astronomy Productions

2015年9月14日美国雷射干涉仪重力波天文台(LIGO),从合并中的两个黑洞侦测到重力波。两个黑洞分别为太阳质量的29倍和36倍。这样的事件被期待是隐密的,但费米太空望远镜侦测到一个伽玛射线爆发,就在LIGO侦测到重力波讯号后仅仅一秒钟。新的研究认为,两个黑洞可能已经驻进一个单独巨大的恒星,恒星的死亡产生了伽玛射线爆发。

哈佛-史密松天文物理中心(CfA)哈佛大学天文学家Avi Loeb说:"对等之下,这个宇宙现象像是一个怀孕的妇女,肚里怀着一对双胞胎。"

通常,当一个巨大恒星到达生命的尽头时,它的核心会崩塌成一个单独的黑洞。但如果星旋转的非常快时,它的核心可能拉长成一个哑铃形状并碎成两块,每一块形成自己的黑洞。

正如这里所需要的,一个非常巨大的星通常是形成于两个较小星的合并,当它们旋转在一起时,既然彼此间相互围绕的速度越来越快,因此合并而产生的星,会被期待旋转得非常快。

在这对黑洞形成后,星的外层会朝向它们冲进去。为了要驱动重力波事件以及伽玛射线爆发,孪生黑洞必须靠在一起诞生,以地球大小般的最初分离状况,在几分钟内合并。然后新形成的单独黑洞开始进食掉进来的物质,每一秒钟消化掉相当一个太阳的物质数量,推动物质喷流向外喷出,形成爆发。

仅仅在LIGO侦测到重力波后的0.4秒,费米实验室侦测到爆发,并且是从相同地区的普通天际。然而,欧洲国际伽玛射线天体物理实验室(INTEGRAL)伽玛射线卫星并没有证实这个讯号。

Loeb说:"即使费米实验室的侦测是一个假的警讯,未来的LIGO事件应该要监视伴随而来的光线,而不用考虑是否来自黑洞的合并。大自然总是能够使我们惊讶。"

如果伽玛射线爆发是被侦测到来自于重力波事件,在量测宇宙距离和宇宙膨胀上,他们将提供一个大有可为的新方法。藉由发现伽玛射线爆发的余晖和量测它的红外移,然后比较从LIGO来的单独距离量测,天文学家能精准地抑制宇宙参数。Loeb说:"太空物理学的黑洞是比其他的距离指标器更为简单,像是超新星,因为它们仅由它们自己的质量和旋转速度所完全定义。"

德州大学奥斯汀分校的Volker Bromm单独评论:"这是一份议题设定的报告,在LIGO最初(重力波)发现之后的重要时期,很可能刺激强有力的后续研究工作,它的挑战是揣摩它整个的含意。如果历史是一个指南,Loeb主张的’多重讯息者’的方法,使用重力波和电磁辐射,再次允诺在非凡的LIGO来源的物理本质上,进入更深层的洞悉。"

这份研究已经被太空物理学期刊通讯(The Astrophysical Journal Letters)接受出版,并且已经在线上发表。

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