中子星的覆灭 _信息快讯

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黑洞-中子星合并艺术图。（Carl Knox ， OzGrav ， Swinburne University/图）
2020年，协调世界时1月5日下午4时24分26秒，及1月15日凌晨4时23分10秒，人类的引力波探测史上又增添了两组观测发现，依发现日期被分别标记为GW200105和GW200115 。
在这两组观测发现中， GW200115（即后者）被美国的LIGO利文斯顿观测台、LIGO汉福德观测台及欧洲的Virgo观测台同时观测到；GW200105（即前者）则本质上只被LIGO利文斯顿观测台所记录（LIGO汉福德观测台当时未处于工作状态， Virgo观测台记录到的信号则太弱——虽仍对确定引力波源的方位有一定的辅助作用）。
经过约一年半的数据分析， 2021年6月29日，有关这两组观测发现的论文正式发表在了《天文物理期刊通讯》上，标题为“对来自两组中子星—黑洞合并的引力波观测” 。
这标题在普通读者眼里也许并不起眼，因为有关引力波的新闻之前已有过不少，甚至已多到渐渐失去新闻效应。哪怕科学爱好者，也恐怕已不再将之太当回事。不过，这标题里的“中子星—黑洞合并”其实是非同小可的事情，而且这事情的非同小可，恰恰是因为之前已有过不少有关引力波的新闻。
因为我们目前最有能力探测的引力波从理论上讲共有三种类型，分别来自黑洞双星合并、中子星双星合并与中子星—黑洞合并。然而之前的几十次引力波观测发现都只涉及了黑洞双星合并与中子星双星合并，中子星—黑洞合并却始终空白。
一个空白延续越久就越引人注目。
GW200105和GW200115填补了这一引人注目的空白，因此非同小可。
依据何在
我们何以知道GW200105和GW200115是中子星—黑洞合并呢？依据来自星体质量。
就像电磁波探测——其中的特例就是光学观测，也就是所谓的“看”——可以确定电磁波源的许多性质，引力波探测也有类似的力量。比如通过对引力波波形与建立在广义相对论基础上的理论模型相比较，可以推测出作为引力波源的双星系统与我们的距离及两个星体的质量。
对GW200105来说，推测所得的距离约为9亿光年，两个星体的质量分别约为太阳质量的8.9倍和1.9倍；对GW200115来说，则距离约为10亿光年，星体的质量分别约为太阳质量的5.7倍和1.5倍。这些结果虽都有百分之几十的误差，但足以确定出两个双星系统中的较大星体是黑洞——因为理论和观测给出的中子星质量上限都只在太阳质量的2—3倍之间，远小于这两个双星系统中较大星体的质量。
另一方面，这两个双星系统中较小星体的质量则都在中子星质量上限以下。那样的星体会是什么呢？中子星自然“当仁不让” ，但它们是否也可以是黑洞呢？从目前确知的黑洞形成渠道来看，答案很可能是否定的。
因为就我们目前所知，形成黑洞的主要渠道是恒星演化。但恒星演化产物——演化终了形成的星体，或所谓恒星“残骸”——的类型是大体按质量排序的：质量较小的恒星会演化成白矮星，其质量上限约为太阳质量的1.4倍；质量较大的恒星会演化成中子星，其质量多在白矮星质量上限以上（同时当然不超过中子星质量上限）；质量更大的恒星则会演化成黑洞，其质量下限尚不清楚，但一般认为不低于中子星质量上限。
三种结局
这种恒星演化产物的类型大体按质量排序——中子星的质量多在白矮星质量上限以上，黑洞的质量下限不低于中子星质量上限——不是偶然的。因为恒星演化产物乃是恒星内部核反应终结之后，恒星“残骸”抗衡引力所达到的平衡态。在“残骸”质量较小时，这种平衡可以倚仗一种被称为电子简并压的压强来达到，那样的天体就是白矮星。白矮星物质的致密程度远远超出我们的日常经验，一汤匙白矮星物质的平均质量可达十几吨。那样致密的物质可想而知是很“坚硬”的。但计算表明，一旦恒星“残骸”的质量大于太阳质量的1.4倍，就连那样“坚硬”的物质也将抗衡不住引力。这时白矮星自然就无法存在了，恒星“残骸”将坍缩成更致密的星体。

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