引力波再立大功！人类首次确认黑洞-中子星合并事件

黑洞-中子星合并艺术图（图片来源：CarlKnox,OzGrav-SwinburneUniversity）继双黑洞合并、双中子星合并之后，人类终于首次探测到了黑洞-中子星合并事件。人类具有引力波探测能力不过6年时间，而它给人类带来的科学成果，已经远远超出了我们的想象。
编译｜王昱李诗源
审校｜吴非
6月29日，在一篇发表在《天体物理学杂志快报》的论文中，来自美国LIGO、欧洲Virgo和日本KAGRA的天文学家公布了他们的合作成果。在LIGO和Virgo的第三轮运行（被称为O3b）中，天文学家接连发现了两例来自黑洞-中子星合并的引力波事件——GW200105和GW200115 。
来自GW200105的引力波信号（视频来源：MAYACollaboration）
相距10天的观测
【引力波再立大功！人类首次确认黑洞-中子星合并事件】2020年1月5日， LIGO首先探测到了GW200105 。 LIGO在美国路易斯安那州和华盛顿州分别有两个观测台站，不巧的是，当天位于华盛顿州的探测器正在下线维护，因此只有位于路易斯安那州的探测器探测到了这次引力波事件。此外， Virgo探测器虽然也在观测，但是此次引力波事件对Virgo探测器来说太弱，难以从噪声中分离出来。对来自单个LIGO探测器的数据展开分析后，研究团队确认这一引力波信号是由一个8.9倍太阳质量的黑洞和一个1.9倍太阳质量的天体合并产生的。最终，天文学家确认这个1.9倍太阳质量的天体是一颗中子星，此次合并发生在9亿光年之外。
但是，由于只有一个探测器检测到了GW200105的信号，如同只有一只耳朵接收到声音信号，天文学家难以精确定位引力波的来源。他们只能大致判断信号来源的范围——占据全天的17% ，大约相当于34000个满月所占的面积。
好在，仅仅10天之后， GW200105信号的遗憾就得到了弥补。 1月15日，全部三个大型引力波探测器——两个LIGO探测器和Virgo探测器——都探测到了被命名为GW200115的引力波信号。进一步的分析显示，这个引力波信号来自一次10亿光年外的黑洞-中子星合并事件，事件的主角分别是一个5.7倍太阳质量的黑洞，以及一个1.5倍太阳质量的中子星。同时，由于这三个探测器距离较远，科学家能比较精确地判断引力波来源于哪些方向。最终，天文学家划定了信号可能的来源范围——相当于2900个满月的面积。
尽管在这两次观测之后，天文学家立即对相应目标区域进行了多波段观测，但在所有波段上都没有观测到来自这两个事件的电磁波，这与引力波观测结果相符合。当中子星靠近黑洞时，理论上它会被潮汐力撕裂，从而产生一阵闪光。但是在观测到的这两个事件中，黑洞的质量都比中子星大得多，黑洞可以一次性把中子星整个“吞下” ，不留下任何痕迹。
天文观测新窗口
自从2015年人类首次探测到引力波以来，它就成为了人类了解宇宙的新窗口。如果说以往人类是在用电磁波“看”宇宙的话，引力波探测技术则像是给了人类“听”见宇宙的能力。 GW150914让人类首次发现了双黑洞合并事件， GW170817则让人类探测到了双中子星合并事件， 3位主导引力波探测计划的物理学家也被授予了诺贝尔物理学奖。到今天，人类通过引力波确认的黑洞数量已经超越了以往任何一种手段所发现的。人类有能力统计这些恒星墓地的质量分布，甚至找到了一丝破解中等质量黑洞之谜的方法。