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黑洞吞噬中子星,究竟是一口吃掉,還是撕碎了優(yōu)雅地慢慢吃?

2020-01-01 22:06 作者:徐德文科學頻道  | 我要投稿



有人問:黑洞吞噬中子星,是一口吃掉,還是撕碎了慢慢吃?

當然是一口吞下了!

其實科學家們已經(jīng)觀察到疑似黑洞吞噬中子星的現(xiàn)象了,這就是今年8月14日美國 LIGO引力波干涉儀和歐洲處女座干涉儀探測到的S190814bv引力波事件。

自2015年9月14日首次探測到引力波事件以來,這三個僅有的干涉儀已探測到數(shù)十次引力波事件,涉及到黑洞-黑洞、黑洞-中子星、中子星-中子星的合并。這些暴力合并事件的主角是黑洞或中子星等致密天體組成的雙星系統(tǒng),在漫長的宇宙時間里不斷旋轉(zhuǎn),郎情妾意,情意綿綿,互相靠攏,情投意合,最后擁抱在一起合為一體,損失巨大的能量以引力波的形式釋放出來。


這些天體的合并和黑洞吞吃恒星完全就是兩回事。恒星密度很低,一般離黑洞很遠就被撕碎了,在黑洞周圍形成旋轉(zhuǎn)的吸積盤,黑洞邊吃邊吐,鋪張浪費,效率很低,往往吐的比吃的還多,還會發(fā)出明亮的伽馬射線,所以容易被我們的望遠鏡看見。

而黑洞-黑洞、黑洞-中子星、中子星-中子星之間的“愛情”則要簡單粗暴得多。由于它們都是致密天體,即使靠得很近也不容易被撕裂,黑洞與黑洞之間甚至連撕裂都不可能,所以往往靠得非常近了,都還在互繞旋轉(zhuǎn),難舍難分,到最后一刻才干柴烈火,啪啪一聲,然后就高潮結(jié)束了。


在科學家們發(fā)現(xiàn)的第一個引力波事件GW150914中,一個36倍太陽質(zhì)量的黑洞,和一個29倍太陽質(zhì)量的黑洞,在可探測信號持續(xù)的0.2秒內(nèi),黑洞間相對切向速度由光速的30%猛增至60%,它們的軌道運動頻率為75Hz,約為引力波頻率的一半??茖W家們由此計算出,在這兩個黑洞并合之前,它們的距離僅為350km,完全就是裸裎相見了。由此可見,這兩個黑洞是在距離越來越近之后瞬間合并的,然后以引力波的形式釋放出3個太陽質(zhì)量的能量,峰值功率達3.6×10^49W,是整個可觀測宇宙中所有恒星輻射光源功率總和的50倍!


而在黑洞-中子星的合并中,則要看黑洞與中子星的質(zhì)量大小了。如果黑洞比中子星質(zhì)量大得多,那么中子星將在黑洞的視界內(nèi)被撕碎,沒有物質(zhì)和光能逃得出來,從而也不會被我們探測到,也就是說,黑洞先一口吞掉中子星,然而在嘴巴里嚼吧幾下,就直接吞下肚去了;但如果黑洞和中子星質(zhì)量相差不大的話,中子星就會被撕碎,拋射出一些碎片,從而可以被我們發(fā)現(xiàn),但這個過程也很短,不會是一種細嚼慢咽的優(yōu)雅品嘗,而是三兩下就解決戰(zhàn)斗。

如果是中子星和中子星的合并,那么會發(fā)出短暫的伽瑪射線爆,然后是較長時間的光學余暉,拋射出大量的重元素,最終形成一個黑洞,并且將合成的大部分重元素吞噬。2017年8月17日探測到的GW 170817引力波事件,就是兩顆中子星合并產(chǎn)生的,持續(xù)時間大約是100秒。


所以這個問題的答案也就呼之欲出了,黑洞吞噬中子星,基本都是一口吃下;即使吃不下,也就在嘴邊撕碎了,三兩下就干掉,時間不會超過中子星-中子星合并的100秒。


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