科学家发现一黑洞与中子星合并前轨道呈椭圆形，挑战传统理论

3 月 12 日消息，科学家们发现，在黑洞与中子星相撞并合并之前，这些极端的恒星残骸会以椭圆轨道而非圆形轨道相互环绕旋转。这一发现再次展现了黑洞与中子星是如何挑战物理定律的，也对有关这类混合双星系统形成与演化的传统假设提出了质疑。

一个科研团队通过研究来自此类“混合合并”事件的时空涟漪 —— 即引力波，对黑洞与中子星以圆形轨道相互靠近的假设提出了挑战。这一合并事件的信号被命名为 GW200105，由激光干涉引力波天文台（LIGO）和室女座引力波探测器（Virgo）捕获。

据了解，此次合并发生在约 9.1 亿光年之外，最终形成了一个质量约为太阳 13 倍的子黑洞。

英国伯明翰大学的团队成员帕特里夏 · 施密特在一份声明中表示：“这一发现为我们了解这些极端天体如何合并提供了至关重要的新线索。它表明我们的理论模型并不完整，并引发了关于这类系统在宇宙中何处诞生的新问题。”

该团队发现的关键，是伯明翰大学引力波天文学研究所开发的一种全新引力波模型。借助这一模型，施密特及其同事得以确定前身天体的轨道形态。

研究内容包括计算产生该引力波信号的黑洞与中子星在合并前发生了多少摆动，即进动。计算结果显示，它们在合并前几乎没有进动。

这是人类首次对黑洞与中子星的“混合合并”测量出这类特征。黑洞和中子星都是大质量恒星“死亡”并经历引力坍缩后形成的恒星残骸。研究结果暗示，该系统中可能存在一个未被观测到的第三颗天体在发挥作用。

施密特补充道：“轨道暴露了真相。合并前夕的椭圆轨道表明，这个系统并非在孤立环境中平静演化，而是几乎可以肯定受到了与其他恒星或第三颗伴星引力相互作用的塑造。”

此前，研究人员假设前身天体以圆形轨道运动，曾低估了黑洞质量，认为其约为太阳的 9 倍，中子星质量约为 2 倍太阳质量。

西班牙马德里自治大学的团队成员贡萨洛 · 莫拉斯表示：“这有力证明了并非所有中子星–黑洞双星都拥有相同的起源。偏心轨道表明，它们的诞生环境是一个众多恒星存在引力相互作用的区域。”

科学家的研究结果表明，黑洞与中子星的合并很可能存在多种形成途径，而非只有一种主导机制。这有助于解释为什么天文学家越来越多地观测到合并恒星双星系统的多样性。

该团队的研究成果已于 3 月 11 日发表在《天体物理学杂志快报》上。